RS65185B1 - Postrojenje za preradu plastike u ulje za pretvaranje plastičnog otpada u petrohemijske proizvode - Google Patents

Description

Opis

OBLAST TEHNIKE

[0001] Pronalazak se odnosi na postrojenje za preradu plastike u sirovinu, takođe poznato kao postrojenje za preradu plastike u ulje.

STANJE TEHNIKE

[0002] U postrojenju za preradu plastike u ulje (eng. plastic-to-oil, PtO) plastika se pretvara u petrohemijske proizvode poput nafte ili dizela. Ovo obično uključuje postupak termičke pirolize nazvan „krekovanje“ koji se izvodi u reaktoru za krekovanje.

[0003] Preciznije, ako je plastični otpad, koji nije pogodno ili nije moguće podvrgnuti mehaničkoj reciklaži, sačinjen od poliolefina (polimera koji se sastoje od ugljenika i vodonika bez heteroatoma kao što su kiseonik, azot, sumpor, itd.), on može da se pretvori u smešu ugljovodonika čiji broj atoma ugljenika uglavnom varira između C1 i C12 i drugih težih molekula (C>12) postupkom koji se naziva krekovanje. Frakcija od C1 do C4 odgovara nekondenzabilnom gasu (tj. jedinjenja sa tačkom ključanja nižom od 25 °C), dok je frakcija C5-C12, koja ima temperaturu ključanja između 36 °C i 216 °C, tečna u uslovima okoline i odgovara kerozinu, mlaznom gorivu, benzinskoj frakciji. Postupak krekovanja kojim se dobijaju ovi proizvodi je obično termička/katalitička razgradnja (piroliza) u inertnoj (bez kiseonika/oksidansa) sredini koja se naziva reaktor za krekovanje.

[0004] Reaktori za krekovanje dostupni na tržištu mogu da se podele na tri glavne klase:

a) kontinuirani reaktori kod kojih se grejanje obezbeđuje indirektno korišćenjem cevi za razmenu toplote gde dijatermično ulje (ili drugi prenosilac toplote) teče unutar cevi prenoseći toplotu u reaktor putem konvektivno-konduktivnog rednog otpora. Kod ove metode postoji problem u tome što je maksimalna temperatura koja može da se dostigne sa komercijalnim lož-uljem manja od 400 °C i životni vek opreme postaje kraći kako se temperatura povećava. Osim toga, spoljna površina cevi se brzo prekriva karbonskim naslagama zbog hemijske interakcije ugljenika i katjona metala; ove naslage snižavaju koeficijent izmenjivača toplote i stvaraju obavezu čestog održavanja. Mešanje u ovim reaktorima nije dobro i uspostavlja se laminarni tok zbog pretrpanosti cevima za grejanje.

Budući da je plastika materijal koji je veoma loš provodnik toplote, ovaj nedostatak mešanja može da dovede do neujednačene brzine reakcije koja je i inače niska na ovom temperaturnom nivou.

b) kontinualni ili polukontinualni reaktori kod kojih se grejanje indirektno obezbeđuje pomoću električnih otpornika uronjenih u zid reaktora ili drugih spoljnih izvora, kao što su infracrveni talasi ili mikrotalasi. U ovim slučajevima, neophodno je podsticati mešanje korišćenjem mehaničkih mešalica jer temperatura na zidu reaktora prelazi ciljnu srednju temperaturu. Intenzivno mešanje unutar reaktora ima nedostatak koji se odnosi na bezbednost, jer zaptivanje zavrtnja pri velikoj brzini može biti teško. Cena električne energije za zagrevanje reaktora snažno utiče na troškove rada za ovu vrstu reaktora.

c) Potpuno drugačiji reaktor je reaktor sa klipnim tokom, kao što su rotacione peći i pužni reaktori. Ovi reaktori podstiču progresivnu reakciju koja nije ujednačena duž x-ose po definiciji sa zanemarljivim povratnim mešanjem. Zagrevanje je obezbeđeno po celoj spoljnoj površini (buretu) prema masi koja se nalazi unutar reaktora. Prenos unutar mase je ograničen unutrašnjim otporom koji pruža materija koja reaguje (koja ima nizak konvektivni koeficijent zbog niskog Rejnoldsovog broja i slab koeficijent provodljivosti). Ograničeni prečnik koji omogućava ravan temperaturni profil snažno ograničava maksimalni kapacitet reaktora.

[0005] Postrojenje za pretvaranje biomase u zapaljivi gas sa karakteristikama preambule zahteva 1 poznato je iz:

WILK V ET AL: „Conversion of fuel nitrogen in a dual fluidized bed steam gasifier“, FUEL, IPC SCIENCE AND TECHNOLOGY PRESS, GUILDFORD, GB, vol. 106, 3 January 2013 (2013-01-03), pages 793-801, XP028996200, ISSN: 0016-2361, DOI: 10.1016/J.FUEL.2012.12.056

[0006] Slična postrojenja zasnovana na konceptima dvostrukih reaktora poznata su, na primer, iz DE 2759 823 C2, US 4443 229 A, US 4444 007 A ili CA 2350 180 A1.

[0007] Postrojenje i odgovarajući postupak za proizvodnju visokokvalitetnog singasa putem gasifikacije biomase u gasifikatoru sa dvostrukim fluidizovanim slojem (DFBG) poznati su iz:

GORANSSON KET AL: „Review of syngas production via biomass DFBGs“, RENEWABLE AND SUSTAINABLE ENERGY REVIEWS, ELSEVIERS SCIENCE, NEW YORK, NY, US, vol. 15, no.1, 1 January 2011 (2011-01-01), pages 482-492, XP027 480778,

ISSN: 1364-0321, DOI: 10.1016/J.RSER.2010.09.032

OTKRIVANJE PRONALASKA

PROBLEM KOJI SE REŠAVA PRONALASKOM

[0008] Cilj koji leži u osnovi ovog pronalaska je da se obezbedi postrojenje za preradu plastike u sirovinu ili plastike u ulje, posebno rastopljenog plastičnog otpada, u petrohemijske proizvode čime se prevazilaze gore opisani problemi u vezi sa prethodnim stanjem tehnike. Konkretnije, fabrika za preradu plastike u ulje treba da bude jednostavna za izgradnju, rad i održavanje. Rad treba da bude efikasan u smislu potrošnje energije i resursa, sa visokom stopom reciklaže.

NAČIN REŠAVANJA PROBLEMA

[0009] Prema pronalasku, cilj se postiže postrojenjem za preradu plastike u sirovinu ili plastike u ulje prema zahtevu 1.

[0010] Pogodni primeri izvođenja i unapređenja osnovnog koncepta su otkriveni u zavisnim patentnim zahtevima i u daljem opisu.

[0011] Pronalazak se zasniva na razmatranju da je ključna oprema postrojenja za obavljanje konverzije plastike u ulje reaktor u kome se odvija krekovanje (reaktor za krekovanje), ali je uloga ostale opreme ključna da garantuje energetsku održivost celokupnog postupaka, kvalitet proizvoda i pozitivan ekonomski ishod poslovanja.

[0012] U tom duhu, patentni zahtev 1 predlaže

postrojenje za preradu plastike, posebno plastičnog otpada, u petrohemijske proizvode, gde postrojenje sadrži reaktor za krekovanje za reakciju pirolize ili termohemijski postupak, gde se plastika, konkretno poliolefini, pretvara u najmanje gasifikovane proizvode pirolize i koksni ostatak, i dalje sadrži odvojenu komoru za sagorevanje,

gde reaktor za krekovanje sadrži reaktorsku posudu sa donjim odeljkom, srednjim odeljkom i gornjim odeljkom, reaktorska posuda dalje sadrži ulazni priključak za plastiku, ulazni priključak za čestice, izlazni priključak za proizvode pirolize koji se prazni iz gornjeg odeljka, i izlazni priključak za koksni ostatak i čestice koji se prazni iz donjeg odeljka,

gde komora za sagorevanje sadrži ulazni priključak za koksni ostatak i čestice, ulazni priključak za vazduh za sagorevanje i izlazni priključak za proizvode sagorevanja i čestice, pri čemu je izlazni priključak za koksni ostatak i čestice reaktora za krekovanje fluidno/protokom povezan sa ulaznim priključkom za koksni ostatak i čestice komore za sagorevanje, a izlazni priključak za proizvode sagorevanja i čestice komore za sagorevanje je fluidno/protokom povezan sa ulaznim priključkom za čestice reaktora za krekovanje,

reaktor za krekovanje i komora za sagorevanje su stoga deo petlje čestica koja sadrži mnoštvo – poželjno, ali ne i neophodno inertnih - čvrstih čestica, tako da se tokom rada čestice ciklično kreću iz reaktora za krekovanje do komore za sagorevanje i nazad,

pri čemu je reaktor za krekovanje projektovan tako da se mešanje u reaktoru za krekovanje uglavnom ili isključivo podstiče tokom navedenih čestica koje se napajaju na vrhu reaktora za krekovanje u suštini u suprotnoj struji u odnosu na tok proizvoda pirolize, bez potrebe za mehaničkim uređajima za mešanje,

okarakterisano time, što je ulazni priključak za plastiku ulazni priključak za tok plastičnog rastopa koji se otvara u donji odeljak,

pri čemu ulazni priključak za tok plastičnog rastopa dovodi tok plastičnog rastopa u prstenastu komoru koja se otvara u srednji odeljak reaktorske posude preko brojnih mlaznica, koje mogu da ubrizgavaju visoko viskozne plastične rastope pod visokim pritiskom u telo posude, pri čemu je pritisak u opsegu od 50 do 80 bara ili čak i veći,

pri čemu ulazni priključak za čestice vodi u kanal koji se barem delimično otvara u srednji odeljak, i gde je pomenuti kanal realizovan kao međuprostor između spoljašnjeg zida reaktorske posude i toplotno provodnog unutrašnjeg pregradnog zida.

[0013] Na taj način se koksni ostatak ispušten iz reaktora za krekovanje dovodi kao primarno gorivo u komoru za sagorevanje, dok poželjno inertne čestice prenose toplotu sagorevanja iz komore za sagorevanje do plastičnog rastopa unutar reaktora za krekovanje i podržavaju mešanje unutar reaktora za krekovanje. U istom ciklusu čestice se čiste u komori za sagorevanje od ostatka pirolize aglomerisanog u reaktoru za krekovanje. Na ovaj način se ostvaruje visoko efikasan ciklus krekovanja i sagorevanja koji štedi resurse u okviru dvostrukog sistema koji čine reakcija krekovanja i komora za sagorevanje.

[0014] U celom ovom opisu termin „koksni ostatak“ treba razumeti u širem smislu i on uključuje one ostatke dobijene reakcijom pirolize u reaktoru za krekovanje koji se ne prosleđuju u kolonu za frakcionisanje ili destilaciju, uključujući teške (npr. broj ugljenika > 20) ugljovodonike.

[0015] Poželjno, čestice sadrže kvarcni i/ili silicijumski pesak i/ili sferule obložene keramikom. Čak se mogu koristiti i katalitičke čestice, na primer napravljene od materijala na bazi glinice, sa gustinom čestica poželjno u opsegu 1800-3000 kg/m<3>i u poželjnom opsegu veličine od 50 mikrona do 400 mikrona. U svakom slučaju, gustina i veličina poželjno karakterišu čestice u grupama A ili B Geldartove klasifikacije.

[0016] U poželjnom primeru izvođenja, separator fluid/čestice koji se koristi za odvajanje čestica od fluidnih produkata sagorevanja u toku koji se ispušta iz komore za sagorevanje sadrži ciklonski separator. Umesto ciklona, može da se koristi bilo koji drugi separator gas-čvrsta materija ili fluidčvrsta materija, kao što su nemehanički ventili (npr. L-ventil, V-ventil, itd.). Separator može biti povezan sa izlaznim priključkom za proizvode sagorevanja i čestice komore za sagorevanje preko deonice linije, ili alternativno može da bude ugrađen u komoru za sagorevanje. U poslednjem slučaju komora za sagorevanje može da sadrži odvojene izlazne priključke za čestice i za fluidne proizvode sagorevanja.

[0017] U poželjnom izvođenju, dimovod vodi od izlaza dimnih gasova separatora fluida/čestica do postrojenja za tretman dimnih gasova koje poželjno sadrži jedinicu skrubera.

[0018] Poželjno, izlazni priključak za proizvode pirolize reaktora za krekovanje je povezan preko izduvne linije za pirolizne gasove sa odeljkom za frakcionisanje i/ili kolonom za destilaciju u kojoj se izduvni pirolizni gas pretvara u petrohemijske proizvode.

[0019] U posebno povoljnom primeru izvođenja, petlja za prenos toplote je obezbeđena i konfigurisana da prenosi toplotu iz toka dimnog gasa unutar gore pomenutog dimovoda do toka gasovitih proizvoda pirolize unutar izduvne linije za pirolizne gasove koja vodi do kolone za destilaciju. Dakle, tok gasovitih proizvoda pirolize se rekuperativno zagreva pre ulaska u kolonu za destilaciju, čime se poboljšava efikasnost postupaka destilacije.

[0020] Poželjno, petlja za prenos toplote sadrži dijatermično ulje kao medijum za prenos toplote. Petlja za prenos toplote može dalje da sadrži aktivnu toplotnu pumpu.

[0021] Poželjno, linija za recirkulaciju proizvoda pirolize je povezana sa reaktorom za krekovanje tako da se tokom rada kondenzovani („teški“) proizvodi pirolize bar delimično recirkulacijom vraćaju u reaktor za krekovanje. Za kondenzaciju može da se koristi izmenjivač toplote kroz koji prolazi rashladni medijum. Odvajanje tako utečnjenog dela i gasovitog dela toka proizvoda pirolize može da se odvija u separatoru tečnost/gas.

[0022] U još jednom povoljnom primeru izvođenja, izmenjivač toplote je postavljen u dimovod tako da izmenjivač toplote prenosi toplotu toka dimnog gasa unutar dimovoda na tok vazduha za sagorevanje unutar linije za snabdevanje vazduhom za sagorevanje koja vodi do ulaznog priključka za vazduh za sagorevanje komore za sagorevanje. Dakle, tok vazduha za sagorevanje se rekuperativno zagreva pre ulaska u komoru za sagorevanje, poboljšavajući efikasnost sagorevanja.

[0023] Poželjno, povratna linija za reciklirani gorivi gas vodi od odeljka za frakcionisanje ili kolone za destilaciju do komore za sagorevanje. Dakle, mali deo petrohemijskih proizvoda koji se povrati iz plastične ulazne sirovine u postrojenje može da se koristi kao dodatno gorivo u komori za sagorevanje, pored primarnog goriva koje se sastoji od ugljeničnih međufaznih proizvoda koji se javljaju u ciklusu krekovanje-sagorevanje.

[0024] Dalje, linija za reciklirani gorivi gas poželjno vodi od odeljka za frakcionisanje ili kolone za destilaciju do motora sa unutrašnjim sagorevanjem koji je povezan sa električnim generatorom. Dakle, mali deo petrohemijskih proizvoda dobijenih iz plastične ulazne sirovine koja ulazi u postrojenje može da se koristi za proizvodnju električne energije za različite uređaje u postrojenju.

[0025] Poželjno, komora za sagorevanje sadrži ili predstavlja uzlaznu cev sa uvučenim protokom. Ovo je objašnjeno dalje u nastavku.

[0026] Reaktor za krekovanje za upotrebu u gore navedenom postrojenju za preradu plastike u ulje, a moguće i za upotrebu u drugim postrojenjima i tehničkim postupcima, ima reaktorsku posudu koja sadrži donji deo, srednji deo i gornji deo, pri čemu reaktorska posuda dalje sadrži ulazni priključak za plastiku, ulazni priključak za čestice, izlazni priključak za proizvode pirolize koji se prazni iz gornjeg odeljka i izlazni priključak za koksni ostatak i čestice koji se prazni iz donjeg odeljka.

[0027] Ulazni priključak za plastiku dovodi tok plastičnog rastopa u prstenastu komoru koja se otvara u srednji odeljak reaktorske posude preko brojnih mlaznica, koje mogu da ubrizgavaju visoko viskozni plastični rastop pod visokim pritiskom, na primer veličine od 100 bara, u telo posude. Pritisak je najmanje 50 bara. Poželjno, pritisak je u opsegu od 50 bara do 80 bara ili čak i veći, tako da rastopljeni polimer ubrizgan u reaktorsku posudu formira rastop nalik tečnosti. Konkretno, prstenasta komora ili plenum se nalazi u donjem odeljku i okružuje izlazni priključak za koksni ostatak i čestice.

[0028] Navedeni kanal za (ponovno) uvođenje čestica je realizovan kao međuprostor između spoljašnjeg zida reaktorske posude i toplotno provodnog unutrašnjeg pregradnog zida. U veće reaktore se opciono instaliraju vertikalne stojeće cevi za pospešivanje ravnomerne raspodele čestica od vrha do dna.

[0029] U poželjnoj primeni u gore opisanom postrojenju za preradu plastike u ulje, reaktor za krekovanje je projektovan tako da se zagreva isključivo ulaznim tokovima u reaktorsku posudu, posebno (poželjno prethodno zagrejanim) ulaznim tokom plastike i vrućim tokom čestica koji dolazi iz odvojene/spoljne komore za sagorevanje. To znači da nema dodatnih uređaja za grejanje.

[0030] Poželjno, reaktor za krekovanje je projektovan tako da postiže mućkanje i/ili mešanje isključivo pomoću ulaznih tokova u reaktorsku posudu, posebno ulaznog toka plastike, toka čestica, i moguće toka recikliranih tečnih proizvoda pirolize. To znači da nisu potrebni ili prisutni nikakvi mehanički ili pokretni ili drugi uređaji za mućkanje ili mešanje.

[0031] Da bi se podržao ovaj cilj, reaktor za krekovanje je poželjno projektovan za režim uglavnom turbulentnog protoka unutar reaktorske posude.

[0032] U pogledu postupka za rad postrojenja za preradu plastike u ulje koji je gore naveden, koksni ostatak ispušten iz reaktora za krekovanje se dovodi kao primarno gorivo u komoru za sagorevanje, pri čemu čestice kruže u petlji čestica od reaktora za krekovanje do komore za sagorevanje i nazad, čime se prenosi toplota sagorevanja iz komore za sagorevanje na plastični rastop unutar reaktora za krekovanje i podržava mešanje unutar reaktora za krekovanje. Čestice se čiste u komori za sagorevanje od ostatka pirolize aglomerisanog u reaktoru za krekovanje.

[0033] Poželjno, ulazni tok plastičnog rastopa se neprekidno dovodi u reaktor za krekovanje.

[0034] Dalje, tok čestica se poželjno dovodi kontinualno ili kvazi-kontinualno u reaktor za krekovanje. Kvazi-kontinualno znači da dovod može da bude prekinut na relativno kratko vreme dovoljno kratko da se izbegne smanjenje temperature u reaktoru, na primer tokom rada rotacionog ventila ili sličnog u liniji za napajanje. Uloga rotacionog ventila je da stvori statički pritisak između izlaza separatora i tačke gde se tok uvodi u reaktor za krekovanje i da favorizuje distribuciju toka čestica u slučaju velikih reaktora za krekovanje; u ovom slučaju je poželjno da se tok čestica uvede u više od jedne tačke. Rotirajući ventil može biti zamenjen drugim uređajima koji omogućavaju kontrolu distribucije kao što je, na primer, mehanički uređaj za napajanje sličan onom koji se nalazi na dnu za izdvajanje toka čestica i koksnog ostatka.

[0035] U poželjnom primeru izvođenja, reaktor za krekovanje se zagreva isključivo ulaznim tokovima u reaktorsku posudu, posebno ulaznim tokom plastike i tokom čestica koje dolaze iz komore za sagorevanje. Dakle, nisu potrebni nikakvi drugi uređaji za grejanje, kao što su električni grejači ili grejne petlje.

[0036] Slično, mućkanje i mešanje unutar reaktora za krekovanje se poželjno ostvaruje isključivo ulaznim tokovima u reaktorsku posudu, bez ikakvih drugih uređaja za mućkanje ili mešanje.

[0037] U poželjnom primeru izvođenja, tok vazduha za sagorevanje, pre nego što uđe u komoru za sagorevanje, rekuperativno se zagreva toplotom sadržanom u toku dimnog gasa koji se ispušta iz komore za sagorevanje.

[0038] U daljem poželjnom primeru izvođenja, tok gasovitih proizvoda pirolize koji dolazi iz reaktora za krekovanje, pre ulaska u kolonu za destilaciju, rekuperativno se zagreva toplotom sadržanom u toku dimnog gasa koji se ispušta iz komore za sagorevanje.

[0039] U još jednom poželjnom primeru izvođenja, tok gasovitih proizvoda pirolize koji dolazi iz reaktora za krekovanje ulazi u odeljak za frakcionisanje i/ili kolonu za destilaciju da bi se pretvorio u petrohemijske proizvode, kao što je tok teških ostataka, tok dizela, tok lakih ugljovodonika i/ili tok nekondenzabilnog gasa.

[0040] Povoljno, tok nekondenzabilnog gasa koji se ispušta iz odeljka za frakcionisanje ili kolone za destilaciju se dovodi kao dodatno gorivo u komoru za sagorevanje, kao što je gore objašnjeno u vezi sa zahtevom koji se odnosi na odgovarajući uređaj.

[0041] Temperatura potrebna za postupak krekovanja da bi se podstaklo krekovanje sa razumno visokom stopom konverzije treba da bude viša od 430 °C, ali niža od 500 °C kako bi se izbeglo neželjeno povećanje proizvodnje gasne frakcije. Prema tome, temperatura unutar reaktora za krekovanje je poželjno podešena unutar navedenog opsega.

[0042] Poželjno, temperatura unutar komore za sagorevanje je podešena u opsegu od 700 do 1000 °C.

[0043] U poželjnom primeru izvođenja, temperatura unutar komore za sagorevanje se kontroliše podešavanjem brzine protoka vazduha za sagorevanje, temperature vazduha za sagorevanje i/ili povratnog protoka recikliranog gorivog gasa.

[0044] Shodno tome, temperatura unutar reaktora za krekovanje se poželjno kontroliše podešavanjem temperature unutar komore za sagorevanje, kao što je gore objašnjeno, brzine dovoda plastike i/ili brzine protoka čestica.

[0045] Prednost pronalaska predstavlja to što on obezbeđuje postupak za preradu plastike u petrohemijske proizvode, pri čemu se plastika i mnoštvo vrućih čestica uvode u reaktor za krekovanje da bi plastika bila podvrgnuta reakciji pirolize, pri čemu se koksni ostatak nastao tokom pirolize odvodi iz reaktora za krekovanje zajedno sa česticama, i oba se uvode u odvojenu komoru za sagorevanje da bi koksni ostatak sagoreo pod dovodom vazduha, pri čemu se čestice izvlače iz komore za sagorevanje i ponovo uvode u reaktor za krekovanje, i gde se fluidni proizvodi pirolize ekstrahuju iz reaktora za krekovanje i dovode se u kolonu za destilaciju da bi se konvertovali u petrohemijske proizvode, i pri čemu se mešanje u reaktoru za krekovanje uglavnom, ili čak isključivo, podstiče protokom navedenih čestica koje se uvode na vrhu reaktora za krekovanje u suštini suprotnosmerno toku proizvoda pirolize, bez potrebe za mehaničkim uređajima za mešanje.

[0046] Drugim rečima, rastop plastike se ubrizgava suštinski od dna ka vrhu reaktora, dok se sitnozrnaste čestice ili granule uvode (suštinski suprotnosmerno) odozgo i padaju prema dnu, što dovodi do samoodrživog, visoko turbulentnog režima mešanja.

EFEKTI PRONALASKA

[0047] Koncept postrojenja prema pronalasku može se sažeti na sledeći način:

Unutar reaktora za krekovanje grejanje i mešanje se obezbeđuju istim medijumom bez mehaničkih delova u pokretu i bez spoljnog zagrevanja. Ovim se izbegavaju vruće tačke/površine i povezana karbonizacija, gubici zapaljivih gasova iz zaptivki (cevi, zavrtnji, itd.) i omogućava odlika

„savršenog mešanja“ reaktora u pogledu prenosa mase, kao i prenosa toplote. Kao posledica toga, kinetika je brza pošto se kontroliše zagrevanjem (na, na primer, 450 °C unutrašnja kinetika je toliko brza da se smatra zanemarljivom u odnosu na brzinu zagrevanja).

[0048] Mešanje u reaktoru se podstiče protokom vrućih čestica koje se uvode na vrhu reaktora u suštini suprotnosmerno sa proizvodima pirolize. Vruće čestice razmenjuju toplotu sa tečnostima i gasovima, čime se podstiče homogen prenos. Na dnu, gde su se čestice akumulirale zajedno sa težim proizvodima i ugljenikom, nemehanički ventil transportuje čestice i ugljenik koji se zaglavio na njima do komore za sagorevanje sa cirkulacionim fluidizovanim slojem gde se ugljenik sagoreva, a čestice se čiste i zagrevaju na, na primer, 900 °C. Ciklon ili sličan separator montiran na vrhu komore za sagorevanje, poželjno opremljen rotacionim ventilom, vraća regenerisane čestice nazad u reaktor.

[0049] Ovim konceptom se izbegavaju svi skupi postupci za obezbeđenje grejanja, bilo kakav mehanički deo unutar reaktora, odlaganje ugljenika i omogućava kontrola nivoa temperature u reaktoru jednostavnim povećanjem protoka energije vrućih čestica (i maseni protok čestica i temperatura u komori za sagorevanje mogu da se regulišu). Brza kinetika, mešanje i odgovarajuće vreme zadržavanja će omogućiti da se izbegne reciklaža proizvoda pirolize u reaktor.

[0050] Ključne karakteristike dizajna postrojenja i reaktora prema pronalasku su stoga efikasni uređaji i postupci za podsticanje brzog i homogenog zagrevanja i brzog i dobrog mešanja u reaktoru za krekovanje.

[0051] Postrojenje i odgovarajući uređaji i postupci prema pronalasku prevazilaze sve nedostatke pomenute gore u vezi sa prethodnim stanjem tehnike; naročito:

a) Reaktor za krekovanje prema pronalasku se zagreva direktnom izmenom, tako da su indirektni postupci poznati iz prethodnog stanja tehnike (npr. zagrejano ulje, električna energija, mikrotalasno zračenje, infracrveno zračenje, itd.) i njihovi nedostaci potpuno izbegnuti.

b) Reaktor se potpuno meša bez potrebe za mehaničkim uređajima.

c) Zagrevanje je brzo i homogeno.

d) Energija za zagrevanje reaktora se dobija korišćenjem hemijske energije ostataka i nusproizvoda postupka, čime se štede neobnovljivi izvori i smanjuju operativni troškovi.

KRATAK OPIS CRTEŽA

[0052] U nastavku su opisani ilustrativni primeri izvođenja pronalaska uz pozivanje na priložene crteže.

SL. 1, koja je podeljena na tri dela sa odgovarajućim podslikama SL.1a, SL.1b i SL.1c u cilju povećanja čitljivosti, pruža pregled, pomoću šematskog dijagrama toka postupaka, postrojenja za preradu plastike u ulje (PtO) prema pronalasku i srodnih postupaka za preradu plastičnog otpada, posebno poliolefinskog otpada, u petrohemijske proizvode

SL. 2 prikazuje uzdužnu skicu reaktora za krekovanje i komore za sagorevanje postrojenja za preradu plastike u ulje prema SL. 1, pri čemu su uslovi protoka tokom rada označeni strelicama.

SL. 3 prikazuje detaljnu skicu reaktora za krekovanje.

SL. 4 prikazuje varijaciju SL.3.

SL. 5 prikazuje ilustrativni dijagram balansa mase i energije osnovnih postupaka u postrojenju prema SL.1.

[0053] Odgovarajući ili funkcionalno ekvivalentni elementi su označeni istim referentnim simbolima na svim crtežima.

DETALJAN OPIS POŽELJNOG/POŽELJNIH PRIMERA IZVOĐENJA

[0054] Pronalazak se zasniva na sledećim opštim zapažanjima.

Plastični otpad: tržište i naknade.

[0055] Polazna tačka je vezana za tržište plastičnog otpada: danas je deo prikupljene plastike koja se stvarno šalje na mehaničku reciklažu ograničen na PET (polietilen-tereftalat) i HDPE (polietilen visoke gustine). Tržište preostalog dela poliolefina kao što je LDPE (polietilen niske gustine), PP (polipropilen) ili polistiren (PS) je slabo i njihova vrednost je niska. Svi konstruisani polimeri, oni koji sadrže heteroatome (O, N, Cl, S, ...), višeslojna jedinjenja i drugo, namenjeni su za obnavljanje energije onakvi kavi jesu, ili nakon dodavanja drugom otpadu (sekundarnim gorivima).

[0056] Kritična tačka za ispravan dizajn postrojenja za hemijski tretman je vezana za izvor plastike koji se koristi kao ulaz za hemijski postupak: kako je sačinjena, od koje vrste polimera i u kojim proporcijama, kako i odakle može da bude dobijena, po kojoj naknadi za zbrinjavanje otpada. Istraživanje tržišta pokazalo je da pomešana plastika koja nastaje sortiranjem unutar takozvanih objekata za rekuperaciju materijala sadrži veliki deo materijala pogodnog za hemijsku konverziju, ali joj je potrebno intenzivno sortiranje, čišćenje i kondicioniranje pre nego što postane odgovarajući ulazni materijal. Sa ekonomske tačke gledišta, ova plastična mešavina ima negativnu naknadu za zbrinjavanje otpada (trošak odlaganja) u zemljama poput Italije koje imaju deficit kapaciteta spalionica. Zemlje poput Nemačke povećale su svoje naknade za faktor dva poslednjih godina za veliki broj otpada uvezenog iz drugih zemalja i postavile obavezu izbegavanja izgradnje daljih deponija i tradicionalnih spalionica. Još jedna zanimljivost je da je „izvoz otpada“ moguć samo prema zemljama koje primenjuju direktive EU za upravljanje otpadom i zaštitu životne sredine i u postrojenja koja obavljaju operacije rekuperacije/recikliranja (R operacije) dok su operacije odlaganja (D) zabranjene. Ovo ograničenje onemogućava izvoz u treće zemlje radi neselektivnog deponovanja.

Plastični otpad: tipologija.

[0057] Kada se identifikuje izvor plastike, tehnologija se mora izabrati u skladu sa karakteristikama plastičnog otpada i specifikacijama kvaliteta proizvoda. Plastični otpad pogodan za PtO konverziju je grupa poliolefina (kao što su HDPE, LDPE, PP, PS), obično kao mešavina, ali plastični otpad dostupan na tržištu sa visokom negativnom naknadom za zbrinjavanje otpada je mešavina koja sadrži druge materijale, PET (polietilen tereftalat), PVC (polivinilhlorid), papir, itd. Ovo dovodi do potrebe za postrojenjem za sortiranje: ono može da bude integrisano sa PtO ili ne. Prednosti integracije su: kontrola kvaliteta plastike koja se uvodi u PtO, prihod od naknade za zbrinjavanje otpada, optimizacija celog postupaka (energetska efikasnost). Nedostaci su: veća ulaganja u kapitalna ulaganja, veće površine za instalaciju i skladištenje, veći uticaj saobraćaja, pitanja o uticaju na životnu sredinu koja treba razmotriti.

Plastični otpad: sortiranje i predtretman.

[0058] Plastični otpad uzet kao referenca u sledećem opisu je lošija mešavina (velika količina stranih materija) dostupna na tržištu (sa većom naknadom za zbrinjavanje otpada). Postrojenje za sortiranje sastavljeno od opreme koja može da sortira po veličini, gustini i vrsti polimera će ukloniti crne metale, aluminijum, papir i tekstil, staklo i umetke, PET, PVC i proizvodiće mešavinu poliolefina koji se šalju u drobilicu. Nakon usitnjavanja, sušenje se vrši u sušarama korišćenjem vrućeg vazduha, poželjno sa određenim stepenom vlage fiksiranim na 10% (topli vazduh poželjno proizvodi sam PtO kao nusproizvod njegovog planiranog rada kao što je opisano dalje u nastavku). Tok očišćenih, osušenih i homogenizovanih plastičnih otpadaka se šalje u pufer pre nego što se pošalje na PtO liniju koja je detaljno opisana u sledećim paragrafima.

Opšti dizajn postrojenja i opis postupka.

[0059] SL. 1a, b i c pružaju pregled, pomoću šematskog dijagrama toka postupaka, takozvanog postrojenja za preradu plastike u sirovinu ili postrojenja za preradu plastike u ulje (skraćeno: PtO ili P2O) prema pronalasku i povezanih postupaka tokom rada postrojenja za preradu plastike, posebno poliolefinskog otpada, u petrohemijske proizvode / sirovine (posebno naftu i gorivi gas). Kao što je očigledno iz prethodnog i kasnijeg opisa, može se proizvesti veliki izbor petrohemijskih proizvoda ili sirovina, u zavisnosti od primene i tehničkih instalacija nizvodno do ključnih postupaka reaktora i komore za sagorevanje. Dakle, poznati izraz „postrojenje za preradu plastike u ulje“ koji se ponekad koristi u ovom opisu radi jednostavnosti takođe obuhvata i druge finalne proizvode osim nafte. Svako pominjanje „postrojenja za preradu plastike u ulje“ bi stoga moglo da bude zamenjeno sa „plastike u sirovinu“ ili „plastike u petrohemijsku sirovinu“.

[0060] Slika je podeljena na delove, okružene isprekidanim linijama, čije značenje će biti jasno iz sledećeg opisa: 100-110-120-130 su delovi reakcija; 200 je deo gde se proizvodi pirolize hlade, frakcionišu i skladište; 220 je deo gde se gorivi gas, odvojen od tečne frakcije, šalje na rekuperaciju energije; 230 je deo za hlađenje dimnih gasova i otpadnih gasova sa rekuperacijom toplote; 300 je kružni tok vode; 310 je deo skrubera za dimne i otpadne gasove.

[0061] Ulazni tok F1 plastičnog otpada na temperaturi okoline, ovde mešavine poliolefina, prethodno sortiranog, očišćenog, usitnjenog i osušenog, sa poželjno maksimalnom količinom vlage od 10% i poželjno maksimalnom frakcijom hlora od 1%, ulazi u postrojenje u komercijalno dostupnoj opremi E.1. za napajanje i prekondicioniranje. Pomoću opreme E.1. za napajanje i prekondicioniranje poželjno može da se sprovede zgušnjavanje, zagrevanje, degaziranje (posebno u pogledu vlage i hlorovodonične kiseline, ako je prisutan hlor) i potpuno topljenje plastike. Tok F3 otpadnog gasa ovog postupaka prekondicioniranja, obično na 300 °C, odvodi se na čišćenje u jedinicu E.4 skrubera preko linije 2 za otpadni gas pre nego što se odvede na dalje faze čišćenja i na kraju se ispusti u okolinu. Tok F2 rastopa, koji je poželjno tok nisko viskoze tečnosti na poželjno 400 °C, odvodi se preko linije 4 za napajanje tokom plastičnog rastopa, koji se takođe naziva ulazna napojna linija, u reaktor V.1 za krekovanje koji je detaljno opisan u nastavku, ulazeći u reaktorsku posudu na ulaznom priključku 5 za tok plastičnog rastopa.

[0062] U reaktoru V.1 za krekovanje dovedeni plastični rastop se podvrgava postupku termohemijskog krekovanja ili pirolize, poželjno na temperaturi postupaka u opsegu od 450-500 °C. Glavni izlazni tok, tj. izlazni tok F4 proizvoda pirolize, iz reaktora V.1 za krekovanje čine proizvodi pirolize koji izlaze na pomenutoj temperaturi od poželjno 450-500 °C (u zavisnosti od podešene vrednosti za rad reaktora) putem izlaznog priključka 6 za proizvode pirolize i sledeće odvodne linije 7 za proizvode pirolize. Tok F4 se šalje u izmenjivač 1 toplote (takođe označen HE.1) koji uklanja toplotu smanjenjem temperature sa navedene vrednosti na poželjno 260 °C.

Frakcija proizvoda pirolize visoke molekulske težine kondenzuje se i postaje tečna. Stoga se izmenjivač 1 toplote može smatrati delimičnim kondenzatorom. U izmenjivaču 1 toplote toplota uklonjena iz toka F4 prenosi se na tok rashladnog medijuma, poželjno rashladne vode. Rashladni medijum ulazi u izmenjivač 1 toplote na liniji 10 za snabdevanje rashladnim medijumom na poželjno 15 °C i izlazi preko linije 12 za ispuštanje rashladnog medijuma na poželjno 80 °C. Odgovarajući uređaji/sistemi za dovod rashladnog medijuma i ponovno hlađenje su prikazani na SL. 1c (deo 300), ali nije potrebno da ovde budu detaljno opisani.

[0063] Tok ohlađenih proizvoda pirolize koji napuštaju izmenjivač 1 toplote vodi se preko spojne linije 14 u separator 16 gas-tečnost (takođe označen kao S.1), gde su tečni sastojci odvojeni od gasovitih sastojaka. Tok F10 gasovitih proizvoda pirolize se izvlači preko izduvne linije 18 za pirolizne gasove za dalju obradu opisanu u nastavku. Tok F6 tečnih proizvoda pirolize, koji se takođe naziva tok recikliranih teških proizvoda, koji izlazi iz separatora 16, se recirkulacijom vraća u reaktor V.1 za krekovanje preko linije 20 za recirkulaciju proizvoda pirolize na poželjno 260 °C i ulazi u reaktorsku posudu na ulaznom priključku 21 za reciklirane proizvode pirolize da bi bio podvrgnut daljem krekovanju i da bi mu se molekulska težina redukovala na željeni opseg. Ova delimična kondenzacija sa recikliranjem u reaktor može da se izbegne ako je teška frakcija mala.

[0064] Drugi tok, odnosno tok F7 (recikliranih) čestica ili alternativno reciklažni tok, sačinjen od čestica prethodno zagrejanih u drugom reaktoru, odnosno reaktoru za sagorevanje ili kratko komori V.2 za sagorevanje, ulazi u reaktor V.1 za krekovanje preko linije 22 za napajanje (recikliranim) česticama i ulaznog priključka 23 za (reciklirane) čestice, na primer na 750 °C, čime se dodaje primetna toplota neophodna da se postigne željena temperatura za reakciju pirolize putem direktne razmene toplote tokova koji se mešaju unutar reaktorske posude. Čestice, posebno kvarcni i/ili silicijumski pesak i/ili sferule obložene keramikom itd., neprekidno kruže između reaktora V.1 za krekovanje i komore V.2 za sagorevanje kako bi se podstakao postupak pirolize u reaktoru V.1 za krekovanje kao što je detaljno opisano u nastavku. U suštini, čestice ne učestvuju direktno u reakcijama hemijske pirolize, ili to čine samo u maloj meri, i stoga se smatraju katalitičkim i/ili inertnim česticama.

[0065] Čestice se ekstrahuju sa dna reaktora V.1 za krekovanje zajedno sa čvrstom frakcijom koja sadrži ugljenik (ukratko: koks ili koksni ostatak) proizvedenom krekovanjem polimera (tj. pirolizom) preko izlaznog priključka 24 za koksni ostatak i čestice i odvodne linije 25 za koksni ostatak i čestice, na temperaturi koja odgovara temperaturi unutar reaktora V.1 za krekovanje, poželjno na 450 °C. Tok F5 koksnog ostatka i čestica se upućuje i uvodi kontrolisanom brzinom pomoću transportnog i mernog sistema E.2 u komoru V.2 za sagorevanje preko ulaznog priključka 26 za koksni ostatak i čestice na pomenutoj temperaturi. Odvodna linija 25 za koksni ostatak i čestice, koja se u ovom kontekstu naziva i merna linija, održava se pod blagim negativnim pritiskom kako bi se izbegao ulaz kiseonika (povratni tok iz komore V.2 za sagorevanje) u reaktor V.1. Ovo se postiže usisnom pumpom p3, koja je na ulaznoj strani fluidno povezana preko usisnog pufera E.5 na transportni i merni sistem E.2, a na izlaznoj strani se ispušta u komoru V.2 za sagorevanje.

[0066] Vazduh se u stvari uvodi u komoru V.2 za sagorevanje kao tok FA2 vazduha za sagorevanje preko linije za snabdevanje 27 vazduhom za sagorevanje i ulaznog priključka 28 za vazduh za sagorevanje da bi se podstaklo sagorevanje ugljeničnog materijala koji dolazi iz reaktora V.1. Pre ulaska u komoru V.2 za sagorevanje na ulaznom priključku 28 za vazduh za sagorevanje, vazduh koji se izvlači iz okoline pomoću vazdušne pumpe/uređaja za uduvavanje p7 (tok FA1 vazduha) je poželjno prethodno zagrejan (u delu 230) da bi dostigao poželjno 250 °C kako je dalje opisano ispod. Potpuno sagorevanje ugljenika i ostataka pomešanih sa česticama ekstrahovanim pomoću reaktora V.1 za krekovanje osigurano je korišćenjem viška kiseonika i odgovarajućim vremenom zadržavanja.

[0067] Poželjno je da je komora V.2 za sagorevanje reaktor sa uvučenim tokom, gde je površinska brzina gasa mnogo veća od krajnje brzine čestica (videti detaljan opis ispod). Na ovaj način se čestice čiste od ostataka koji su zalepljeni na njih, odnosno ostataka aglomerisanih u prethodnom postupku pirolize u reaktoru V.1 za krekovanje. Tokom postupaka sagorevanja u komori V.2 za sagorevanje na, na primer, 750 °C čestice se zagrevaju usled egzotermne reakcije, a zatim se transportuju iz komore V.2 za sagorevanje sa dimnim gasom duž uzlazne cevi reaktora i preko izlaznog priključka 29 za proizvode sagorevanja i čestice i odvodne linije 30 za proizvode sagorevanja i čestice (kao izlazni tok F19 proizvoda sagorevanja, na primer na 750 °C) do separatora 90 fluida/čestica koji je poželjno ciklonski separator S.2.

[0068] U ciklonskom separatoru S.2 čestice se odvajaju od dimnih gasova sagorevanja. Tok vrućih čestica, koji se takođe naziva tok F7 (recikliranih) čestica ili reciklažni tok, uvodi se u reaktor V.1 za krekovanje na poželjno 750 °C preko linije 22 za napajanje (recikliranim) česticama i ulaznog priključka 23 za (reciklirane) čestice, kao što je već opisano iznad. Pufer S.3 za čestice unutar linije 22 za napajanje česticama između ciklonskog separatora S.2 i reaktora V.1 za krekovanje održava se na veoma malom negativnom pritisku uz pomoć usisne pumpe p2 kako bi se garantovalo odsustvo dimnih gasova u toku F7 recikliranih čestica uvedenom u reaktor V.1 za krekovanje. Zbog toga je usisna pumpa p2 fluidno povezana sa puferom S.3 na ulaznoj strani, i sa dimovodom 32 (videti sledeće paragrafe) na izlaznoj strani.

[0069] Prema tome, reaktor V.1 za krekovanje i komora V.2 za sagorevanje su deo petlje 94 čestica koja sadrži mnoštvo čvrstih čestica, tako da tokom rada čestice kruže od reaktora V.1 za krekovanje do komore V.2 za sagorevanje i nazad.

[0070] Tok F22 dimnog gasa iz ciklonskog separatora S.2 i tok F21 gasa za pročišćavanje iz pufera S.3 se mešaju na linijskom spoju 31 (trosmerni ventil) i šalju se kao tok F23 dimnog gasa na poželjno 750 °C preko deonice 32 dimovoda do izmenjivača HE.2 toplote (poželjno suvi hladnjak) i do izmenjivača HE.3 toplote koji prenosi deo toplote na tok FA1/FA2 vazduha za sagorevanje. Tok F23.3 dimnog gasa se zatim šalje u drugi izmenjivač HE.4 toplote (hladnjak) kako bi se temperatura dimnih gasova smanjila ispod 100 °C. Na ovoj temperaturi tok F23.4 dimnog gasa može da se uputi na jedinicu E.4 skrubera. Cela linija izmenjivača toplote može da se prilagodi specifičnim slučajevima kako bi se optimizovala rekuperacija toplote. Toplotni tok se može koristiti, na primer, za punjenje vazdušnih sušara plastičnih otpadaka u liniji za sortiranje.

[0071] Tok F10 / F10.1 gasovitih proizvoda pirolize, koji dolazi iz separatora 16, ulazi preko dovodne linije 34 za gas za frakcionisanje i korišćenjem pumpe p4 u parcijalnom kondenzatoru S.5, spojenom sa izmenjivačem HE.5 toplote, čime se proizvodi tok F11 kondenzovanog proizvoda pirolize ili „syncrude“ (eng. synthetic crude oil - sintetički sirovo ulje) na temperaturi ispod 260 °C (deo 210). Nakon završnog postupaka hlađenja u izmenjivaču HE.7 toplote ovi proizvodi se skladište u rezervoaru T.1 za ulje za dalju isporuku i upotrebu.

[0072] Parna faza koja napušta parcijalni kondenzator S.5 šalje se u drugi kondenzator S.6, spojen sa izmenjivačem HE.6 toplote, da bi se završila kondenzacija i naknadno razdvajanje nekondenzabilnog gasa (tok F15) i tečne faze (tok F14). Ovaj drugi tok F14 se pomoću pumpe p8 dovodi u mešajući ventil v6 gde se meša sa „težim“ tokom F11. Tok F14 je na 25 °C, dok je tok F11 na višoj temperaturi (poželjno 260 °C); tok F12 koji nastaje njihovim mešanjem mora da se ohladi preko izmenjivača HE.7 toplote na 50 °C ili nižu vrednost pre nego što se uskladišti u rezervoaru T.1 za ulje.

[0073] Opisani postupak kondenzacije u kondenzatorima S.5 i S.6 dela 210 za frakcionisanje ima dva cilja: a) odvajanje nekondenzabilnih gasova koji se usmeravaju u motor (videti u nastavku teksta) bez kapi ulja u njemu; b) odvajanje najteže frakcije (T>260 °C) u slučaju početnog perioda, a ne u ravnotežnim režimima, itd., izbegavanjem mešanja ove frakcije sa lakim tokom. U ovim slučajevima ventil v6 prekida vezu sa tokom F11 koji je akumuliran u kondenzatoru S.5 ili je preusmeren (nije prikazan na slici) u rezervoar van specifikacije.

[0074] Očigledno, kolona za destilaciju može da se instalira umesto ovog postupaka postizanjem efikasnog frakcionisanja u više tokova (NCG, mlazno gorivo, benzin, kerozin, proizvod van specifikacije). Izbor je vođen ekonomskim razlozima i udaljenošću od lokacije rafinerije.

[0075] Tok F15 nekondenzabilnog gasa se usmerava preko linije 35 za nekondenzabilni gas do kontrolisanog trosmernog ventila v8 koji deli tok F15 na dva toka: prvo se povratni tok F16 recikliranog gorivog gasa, koji može biti nula, usmerava u komoru V.2 za sagorevanje preko povratne linije 38 za reciklirani gorivi gas i ulaznog priključka 39 recikliranog gorivog gasa (videti SL. 1a) na poželjno 25 °C da bi se obezbedilo dodatno gorivo za sagorevanje i da bi se osiguralo da će se postići podešena radna temperatura komore V.2 za sagorevanje i time željena temperatura toka F7 vrućih čestica. Drugo, veći deo toka F15 se šalje kao tok F17 recikliranog gorivog gasa preko linije 40 za reciklirani gorivi gas do motora E.3 sa unutrašnjim sagorevanjem gde tok vazduha, poželjno delimična struja toka FA2 prethodno zagrejanog vazduha, takođe služi za proizvodnju dimnih gasova i električne energije. Količina proizvedene električne energije je promenljiva, ali motor E.3 koji se napaja gorivim gasom proizvodi oko 0,4 kWh/kg napojnog toka F2 poliolefina. Dimni gas se usmerava preko dimovoda 42 do opreme za tretman dimnih gasova i napušta postrojenje kroz dimnjak E.6.

[0076] Kada je reč o dimnom gasu koji proizvodi komora V.2 za sagorevanje, izvučenom iz ciklonskog separatora S.2 kroz deonicu 32 dimovoda, nakon izmenjivača HE.2 toplote on se šalje kao tok F23 dimnog gasa do drugog izmenjivača HE.3 toplote preko deonice 44 dimovoda kako bi se tok FA1/FA2 vazduha za sagorevanje zagrejao na željenu temperaturu. U ovom slučaju, temperatura predgrevanja za tok FA2 je podešena poželjno na 250 °C. Nakon prolaska kroz izmenjivač toplote HE.3, tok F23.3 dimnog gasa na poželjno 510 °C vodi se preko deonice 46 dimovoda do suvog hladnjaka HE.4 ili rashladnog tornja, u zavisnosti od veličine postrojenja i moguće upotrebe toplote. Ovo dovodi temperaturu dimnih gasova na temperaturu koja je kompatibilna sa radom skrubera (poželjno <130 °C, u ovom primeru 120 °C). Naredna jedinica E.4 skrubera do koje se vodi tok F23.4 dimnog gasa preko deonice 48 dimovoda uklanja iz dimnog gasa sitne čestice koje se oslobađaju iz komore V.2 za sagorevanje, snižava temperaturu i uklanjanja hlorovodoničnu kiselinu zahvaljujući toku otpadnog gasa. Tako očišćeni tok F24 dimnog gasa napušta postrojenje kroz dimnjak E.6.

[0077] U ilustrativnom primeru izvođenja prikazanom na SL. 1b pumpa p6 za dimne gasove ili uređaj za uduvavanje se prebacuje na deonicu 44 dimovoda između izmenjivača HE.2 i HE.3 toplote kako bi se podržao protok dimnih gasova. Alternativne ili dodatne pumpe za dimne gasove mogu da se uključe u druge delove, na primer 32, 46, 48, dimovoda. Sve deonice dimovoda, konkretno 32, 44, 46, 48, čine dimovod 92.

[0078] Celokupno postrojenje je upotpunjeno najsavremenijim pomoćnim elementima prikazanim u delu 300 na SL.1c, kao što su elementi za snabdevanje svežom vodom, snabdevanje rashladnom vodom, rezervoari za proizvode destilacije, odgovarajuće linije, ventili i pumpe. Međutim, oni nisu sastavni deo rada pronalaska i stoga ne moraju da budu detaljno opisani u ovom tekstu.

Detaljan opis koncepta reaktora za krekovanje.

[0079] Reaktor V.1 za krekovanje koji se koristi u postrojenju prema SL.1a je poželjno dvozonski reaktor u kome su karakteristike reaktora sa kontinualnim mešanjem (eng. - continuous stirred tank reactor, CSTR) obezbeđene u srednjoj zoni, dok se karakteristike laminarnog toka (PFR) postižu u gornjoj zoni sa u suštini dve vrste ulaznih tokova: kao glavni tip predviđen je ulazni tok F1 plastike, poželjno u rastopljenom stanju kao tok F2, i poželjno, ali ne obavezno, dopunjen tokom F6 recikliranih tečnih (teških) proizvoda pirolize, potisnut pumpom ako je potrebno, dok se drugi sastoji od poželjno inertnih čestica (kvarcni ili silicijumski pesak, sferule obložene keramikom, itd.) poželjno srednjeg prečnika u rasponu između 50 mikrona i nekoliko milimetara i visoke tvrdoće i toplotnog kapaciteta. Ovaj tok F7 (recikliranih) čestica se prethodno zagreva u drugom reaktoru, odnosno u komori V.2 za sagorevanje gde se željena entalpija prenosi na dati maseni protok čestica peska (videti sledeći odeljak za detalje). Osnovna topologija ulaznih i izlaznih tokova u odnosu na reaktor V.1 za krekovanje takođe je vizuelizovana na SL. 2, koja opisuje prostornu strukturu povoljnog primera izvođenja i glavne obrasce toka čestica i proizvoda pirolize u reaktoru V.1 koji se u njemu javljaju tokom rada.

[0080] SL.2 takođe prikazuje jedinstvenu vezu između reaktora V.1 za krekovanje i komore V.2 za sagorevanje. Komora V.2 za sagorevanje se napaja glavnim tokom F5/F8 koji čine koksni ostatak i čestice i tokom F16 recikliranog gorivog gasa, ako je potrebno, i tokom FA2 prethodno zagrejanog vazduha. Ovo poslednje ima ključnu ulogu da obezbedi transport čestica duž uzlazne cevi komore V.2 za sagorevanje, čime se osigurava transportni režim. Brzina gasa zavisi od svojstava čestica; u primeru je brzina dimnih gasova oko 5m/s. Izlazni priključak 29 za proizvode sagorevanja i čestice komore V.2 za sagorevanje nalazi se na većoj visini od ulaznog priključka 23 za čestice u reaktor V.1 za krekovanje, i stoga je povratni tok čestica u reaktor V.1 za krekovanje podržan gravitacijom.

[0081] Osetna toplota sadržana u toku F7 čestica dovodi temperaturu unutar reaktora V.1 za krekovanje do željenog opsega oko poželjno 480 °C. Brzina razmene toplote između ulaznih tokova koji se međusobno mešaju unutar reaktora V.1 za krekovanje je zaista velika zbog mnoštva čestica (npr. > 400 miliona u slučaju čestica peska od 350 mikrona) koje se spajaju sa tokom plastike i zbog posebnog dizajna reaktora koji će sada biti detaljnije opisan. Odnos mase između masenog protoka čestica i protoka polimera je oko 3, ali se može promeniti sa različitim česticama ili polimerom. SL. 2 prikazuje petlju 94 čestica i put transporta koksnog ostatka/koksa od dna reaktora V.1 kroz priključak 24, do linije 25 transportnog puža, do dna komore V.2 za sagorevanje. Ovde, tok FA2 vazduha uveden kroz priključak/priključke 28 prenosi čestice i sagoreva koksni ostatak/koks duž kolone. Može da postoji nekoliko ulaznih priključaka 28 za vazduh za sagorevanje raspoređenih na različitim visinama uzlazne cevi. Na izlazu, ciklonski separator S.2, ili drugi ekvivalentni uređaj, razdvaja proizvode sagorevanja i izlazni tok F19 čestica u tok F7 čestica i tok F22 dimnog gasa.

[0082] Stoga, SL.3 prikazuje uzdužnu skicu povoljnog reaktora V.1 za krekovanje postrojenja za preradu plastike u ulje prema SL. 1 i SL. 2, pri čemu je gustina materijala u njemu označena nijansama. Tamna nijansa označava veliku gustinu čestica sa ograničenim prazninama.

[0083] Reaktor V.1 za krekovanje sadrži uspravnu reaktorsku posudu 60 koja zauzvrat sadrži, od vrha ka dnu,

• kapu / poklopac 62 koji je suštinski tipa sfere ili kalote na vrhu,

• suštinski cilindrično glavno telo (odeljak III),

• stanjujući ili sužavajući odeljak ili odeljak u vidu dvostrukog konusa (odeljak II), i • suštinski cilindrični izlazni odeljak na dnu (odeljak I)

sa obodnom komorom gde se istopljeni polimer usmerava da bi se ubrizgao u odeljak II od zone dna ka srednjoj zoni. U odeljku II prečnik reaktorske posude 60 se povećava odozdo prema gore i, nakon određene visine ili zapremine, opada ka gore, odnosno od vrednosti povezane sa odeljkom II do (manje) vrednosti povezane sa odeljkom III. Odeljak III i odeljak II zajedno imaju približno oblik naopako okrenutog levka.

[0084] Unutrašnji prostor unutar odeljka III u suštini je podeljen na dva podprostora unutrašnjim pregradnim zidom 64: prvo, unutrašnji prostor 74 okružen/ograđen pregradnim zidom 64, i drugo međuprostor 72 između pregradnog zida 64 i zida 70 reaktorske posude. Pregradni zid 64 pruža materijalnu barijeru, ali poželjno ima dobru toplotnu provodljivost. Preciznije, pregradni zid 64 sadrži u suštini cilindrični deo 66 pregradnog zida u koaksijalnom rasporedu sa cilindričnim glavnim telom reaktorske posude 60 i poklopac 68 pregradnog zida suštinski tipa sfere ili kalote koji prati konturu poklopca 62 reaktorske posude 60. Stoga, međuprostor 72 između pregradnog zida 64 i zida 70 reaktorske posude sadrži prstenasti/kružni obodni deo (silazni kanal 80) i zakrivljeni gornji deo, koji u celini definiše međusobno povezani međuprostor 72 u obliku slova U (naopako) ili kanal oko unutrašnjeg prostora 74 u preseku na SL.2. Na donjem kraju pregradnog zida 64, koji se otprilike nalazi na visini prolaza/prelaza iz odeljka III u odeljak II, međuprostor 72 se, nakon proširenja, otvara u unutrašnjost reaktorske posude 60 preko donjih otvora 76. Rastojanje pregradnog zida 64 i zida 70 reaktorske posude je odabrano tako da širina međuprostora 72 bude mala u poređenju sa ukupnim prečnikom reaktorske posude 60. Drugim rečima, međuprostor 72 definiše uski obodni kanal u poređenju sa relativno širokim unutrašnjim prostorom 74.

[0085] Obodne pregrade 77 koje se unutar odeljka II pružaju iz zida 70 reaktorske posude u unutrašnjost reaktorske posude 60 mogu da imaju različite uglove nagiba i dužine. One omogućavaju da se vertikalni vektor brzine toka čestica koje se ispuštaju preko otvora 76 transformiše u tangencijalni vektor, čime omogućavaju ili podržavaju mešanje unutar reaktorske posude 60. Pregrade 77 omogućavaju da se utiče na vreme zadržavanja čestica i polimera ubrizganih iz susednih otvora/mlaznica, čime se izbegava da oni padnu u donju posudu bez odgovarajućeg vremena reakcije.

[0086] Pregradni zid 64 poželjno sadrži veći broj viših (u poređenju sa nižim otvorima 76) rupa ili otvora 78, poželjno ravnomerno raspoređenih po vertikalnoj (nalik buretu) oblasti, čime se definišu mali prolazi za protok od međuprostora 72 ka unutrašnjem prostoru 74, zaobilazeći obodni silazni kanal 80. U zavisnosti od razmere otvori 76 mogu da budu prisutni ili ne.

[0087] Detalji konstrukcije i geometrije mogu da variraju, ali ovde je važan međuprostor 72 između spoljašnjeg i unutrašnjeg zida (dvostruki zid). Kao što je dalje opisano u nastavku, međuprostor 72 obezbeđuje kanal toka za dolazni tok F7 vrućih čestica koji je u odnosu izmene toplote sa tokom proizvoda unutar unutrašnjeg prostora 74 reaktorske posude 60 i koji ima dobro definisanu geometriju izlaza kako bi se podstaklo mešanje različitih tokova.

[0088] Tok plastike/polimera se šalje preko cevi linije 4 za napajanje pod pritiskom poželjno većim od 50 bara u poželjno obodni prostor ili komoru 82, koja se nalazi u odeljku I oko cilindričnog izlaza koksnog ostatka i čestica, i koja je povezana preko brojnih otvora za distribuciju ili prolaznih rupa (razvodnika), posebno mlaznica 84, u zidu posude konusne prelazne zone u odeljak II. Distributeri ili mlaznice 84 su poželjno ujednačeno ili ravnomerno raspoređene po obodu prstenaste konusne površine, i poželjno se nalaze ispod pregrada 77. Razlika pritiska između komore 82 i posude 60 stvara velike brzine strujanja toka plastike/polimera unutar odeljka II reaktora. Poželjno prstenasta komora 82 ili plenum funkcioniše kao razvodni prsten, distribuirajući dolazni tok plastičnog rastopa do razvodnika ili mlaznica 84.

[0089] Pritisak od više od 50 bara u prstenastoj komori 82 ili plenumu se postiže zahvaljujući pokretačkoj sili koju ostvaruje oprema E.1 za napajanje i prekondicioniranje, koja poželjno sadrži ekstruder, i koja je u korelaciji sa oblikom i veličinom mlaznica 84 (videti SL.3 i SL.4). Vrednost zavisi od pada pritiska na mlaznicama 84. Određeni broj mlaznica 84 koje imaju datu veličinu i oblik omogućavaju stvaranje pada pritiska od preko 50 bara, čime se podstiče protok pod pritiskom u reaktorsku posudu 60, tako da je ubrizgani rastopljeni polimer u stanju nalik tečnom (iznad odgovarajuće vrednosti praga gustine).

[0090] Prema tome, linija 4 za napajanje koja nosi ulazni tok F2 plastičnog rastopa nakon prethodnog kondicioniranja ulaznog toka F1 plastičnog otpada u opremi E.1 za napajanje i prekondicioniranje ispušta se u reaktorski sud 60 preko ulaznog priključka 5 za tok plastičnog rastopa i mlaznice 84 otprilike u odeljku II. Linija 20 za recirkulaciju proizvoda pirolize koja nosi tok F6 recikliranih tečnih (teških) proizvoda pirolize, poželjno se ispušta u reaktorski sud 60 kroz liniju 20 za recirkulaciju i ulazni priključak 21 koji se poželjno nalazi iznad pregrada 77 u odeljku II. Alternativno, može da postoji poseban otvor za ispuštanje u reaktorsku posudu 60, poželjno na visini odeljka I. Linija 20 za recirkulaciju takođe može da izostane ako se teška frakcija proizvodi u maloj količini ili se uopšte ne proizvodi.

[0091] Linija 22 za napajanje recikliranim česticama koja nosi tok F7 recikliranih čestica očišćenih i zagrejanih čestica koje dolaze iz komore V.2 za sagorevanje prazni se u gornji deo posude, poželjno u centru gornjeg poklopca 62. Tok vrućih čestica se stoga ubrizgava u međuprostor 72 i eventualno se deli na dva dela: prvo, silazni tok u prstenastom silaznom kanalu 80 koji ulazi u unutrašnjost reaktorske posude 60 na donjem kraju pregradnog zida 64 kroz donje otvore 76, i drugo, raspršeni tok kroz bočne otvore 78 u gornjoj zoni pregradnog zida 64, zaobilazeći obodni silazni kanal 80.

[0092] Odvodna linija 7 za proizvode pirolize koja prenosi izlazni tok F4 produkata pirolize iz reaktora V.1 za krekovanje je poželjno povezana sa gornjim delom odeljka III reaktorske posude 60 preko izlaznog priključka 6 za proizvode pirolize. Spoj linija seže kroz međuprostor 72. Drugim rečima, izlazni priključak 6 za proizvode pirolize ili otvor u odvodnu liniju 7 nalazi se unutar poklopca 62 pregradnog zida, tako da izlazni tok F4 kroz navedenu liniju ne ometa ulazni tok vrućih čestica u obodni silazni kanal 80. Pored toga, poželjno je da je raspored takav da izlazni tok pirolize ne ometa dotok čestica kroz otvore 78.

[0093] Štaviše, izlazni tok F5 koksnog ostatka i čestica koje se skupljaju u reaktorskoj posudi 60 kao posledica postupaka pirolize unutar posude se ekstrahuje na dnu odeljka I i vodi preko izlaznog priključka 24 za koksni ostatak i čestice u odvodnu liniju 25 za koksni ostatak i čestice.

[0094] Tok F5 se usmerava u posudu 85 za pufer, koja se održava pod sniženim pritiskom i eventualno pod protokom azota preko ulaza 88 za azot, da bi se formirao statički pritisak 86. Napajač 87, koji je deo transportno-mernog sistema E.2 prikazanog na SL.1, izdvaja tok koksnog ostatka i čestica, usmeravajući ga na komoru V.2 za sagorevanje. Statički pritisak i inertizacija korišćenjem azota omogućavaju da se izbegne (povratni) tok oksidativnog gasa iz komore V.2 za sagorevanje do uređaja za pirolizu/ reaktora V.1 za krekovanje. Ovde se takođe nalazi sigurnosni ventil v3 koji obezbeđuje trenutno zatvaranje cevi (SL.1a). Ventilaciona linija 89 pričvršćena za posudu za pufer omogućava usmeravanje piroliznog gasa u komoru za sagorevanje pomoću namenske pumpe kako bi se izbegao natpritisak u napajaču i neželjeno sagorevanje u ograničenoj zapremini napajača na ulazu u komoru za sagorevanje, gde je moguća difuzija kiseonika.

[0095] Kao što će biti još očiglednije iz kasnijeg opisa hidrodinamike unutar reaktorske posude 60 (videti sledeći odeljak), gore navedeni dizajn reaktora je optimizovan da podstiče ravnomerno zagrevanje izbegavanjem vrućih područja/tačaka i da podstiče savršeno mešanje. Međuprostor 72 je mesto gde tok vrućih međučestica podstiče indirektno zagrevanje u gornjoj zoni unutrašnjeg prostora 74. Kada vruće čestice u silaznom kanalu 80 stignu do srednje zone reaktorske posude 60 preko donjih otvora 76, one ulaze u unutrašnjost reaktora mešanjem brzinom napajanja polimera, a zatim se reakcija odvija sa visokom efikasnošću. Svrha mogućeg protoka čestica kroz rupe 78 ka unutrašnjosti gornje zone reaktorske posude 60 je da uravnoteži gubitak toplote u gornjoj zoni usled završetka reakcija (endotermne reakcije). Izbegava se snižavanje temperature kako bi se kinetička brzina održala na visokom nivou. Ipak, otvori 78 nisu neophodni u svim slučajevima i mogu se potpuno izbeći.

[0096] Reaktor V.1 za krekovanje je dizajniran da ima unutrašnji prečnik koji može da unapredi površinsku brzinu gasa proizvoda pirolize mnogo više (oko 3 puta) od „minimalne brzine fluidizacije“ peska. To znači da:

[0097] Gde: Ugje površinska brzina gasa; Umfje minimalna brzina fluidizacije u funkciji osobina čestica i temperature reaktora; Vmaterija koja reagujeje masena brzina proizvoda pirolize; Ssrednja zonaje poprečni presek reaktora izračunat uzimajući u obzir prazninu sloja, funkciju unutrašnjeg prečnika reaktora, u vezi sa odeljkom II.

[0098] Mešanje u reaktoru se zatim podstiče protokom vrućih čestica koje se uvode na različite nivoe reaktorske posude 60 kao što je gore objašnjeno.

[0099] Kao što je gore opisano uz pozivanje na SL.1 i 2, na dnu (odeljak I) reaktorske posude 60, čestice se akumuliraju zajedno sa težim proizvodima proizvedenim hemijskim reakcijama uključujući ugljenične nusproizvode (koksni ostatak). Iz ove zone transportno-merni sistem (napajač) E.2 transportuje čestice i ugljenik zalepljen na njima do pripadajuće komore V.2 za sagorevanje gde se ugljenik, ostaci plastike i katrani sagorevaju, pa se čestice čiste i takođe zagrevaju na temperaturu komore za sagorevanje, koja je poželjno između 750 i 1000 °C. Sledeći ciklonski separator S.2 je poželjno montiran na vrhu komore V.2 za sagorevanje i poželjno je opremljen rotacionim ventilom v1 na nizvodnoj strani koji na kontrolisan način distribuira regenerisane i zagrejane čestice u reaktoru V.1 za krekovanje.

[0100] Ova petlja može beskonačno da se ponavlja, čime se izbegavaju skupi postupci za proizvodnju i obezbeđivanje grejanja, kao i korišćenje mehaničkih delova unutar reaktora za mešanje, kako bi se izdržali troškovi za odlaganje ugljenika i ostataka.

[0101] Štaviše, ona omogućava kontrolu nivoa temperature u reaktoru V.1 za krekovanje jednostavnim povećanjem energetskog sadržaja vrućih čestica. Kao što je prethodno opisano, dodatni ulaz (recikliranog) gorivog gasa može da se dovede unutar komore V.2 za sagorevanje preko povratne linije 38 recikliranog gorivog gasa kako bi se manipulisalo energetskom bilansom u slučaju da tok koji ekstrahuje reaktor V.1 za krekovanje ne sadrži dovoljno toplote sagorevanja za komoru V.2 za sagorevanje (poželjno je da se i maseni protok čestica i temperatura u komori V.2 za sagorevanje mogu regulisati).

[0102] Varijacija primera izvođenja prema SL.3 je prikazana na SL. 4. U ovom slučaju određeni broj vertikalnih stojećih cevi 95 je raspoređen unutar odeljka III reaktorske posude 60. Na gornjem kraju odgovarajuća stojeća cev 95 je fluidno povezana sa gornjim delom međuprostora 72. To jest, stojeća cev 95 sadrži ulazni otvor 96 koji je postavljen u poklopcu 68 pregradnog zida. Na donjem kraju, odgovarajuća stojeća cev 95 sadrži izlazni otvor 97, koji se prazni u unutrašnjost reaktorske posude 60. Poželjno, odgovarajući izlazni otvor 97 je raspoređen u donjem delu odeljka III, neposredno iznad prelaza u odeljak II. Prema tome, deo struje čestica koja ulazi preko ulaznog priključka 23 za čestice u međuprostor 72 vodi se direktno u stojeće cevi 95, napuštajući ih na donjim izlaznim otvorima 97, a samim tim zaobilazeći silazni kanal 80. Ovo je poželjno, posebno kod većih reaktora, za podsticanje ujednačene distribucije čestica od vrha do dna. Inače, dizajn reaktora je kao na SL.3.

Hidrodinamika.

[0103] Reaktor V.1 za krekovanje opisan iznad uz pozivanje na SL.3 i SL. 4 se praktično može podeliti u tri zone:

• Donja zona (odeljak I) u kojoj je prisutna velika gustina čestica i čvrstih materija i formira se fiksni sloj.

• Srednja zona (odeljak II) u kojoj dolazni tok plastike ulazi u reaktorsku posudu kroz mlaznice 84 i meša se sa česticama, čime dolazi do krekovanja. Ovde su čestice suspendovane u tečno-gasovitoj smeši stvarajući neku vrstu samo-generisanog fluidizacionog ponašanja uz pomoć impulsa čestica čiji je smer modifikovan pomoću pregrada 77.

• Konačno, gornja zona (odeljak III) je više razređena i u velikoj meri zauzeta isparenjima. U ovoj zoni hidrodinamički režim je blizu laminarnog i koeficijent prenosa toplote je mnogo niži u odnosu na srednju zonu.

[0104] Da bi se povećala brzina prenosa toplote između međuprostora 72 i unutrašnjosti odeljka III, koristi se smanjeni prečnik ovog poslednjeg odeljka. U slučaju veoma velikog reaktora, deo toka F7 vrućih čestica ovde treba da se usmeri preko otvora 78 kako bi se izbalansirao pad temperature, ili treba dodati niz vertikalnih stojećih cevi za stvaranje veće površine izmene. Sa hemijske tačke gledišta, srednja zona je mesto gde dolazi do krekovanja, dok se u gornjoj zoni završavaju sekundarne i tercijarne reakcije, uključujući ciklizaciju i izomerizaciju, zajedno sa krekovanjem voska. Gustine smeše u srednjoj zoni i na vrhu imaju različite vrednosti koje se menjaju od 500 kg/m<3>do 2 kg/m<3>.

[0105] Vrednost površinske brzine gasa postignuta u srednjoj zoni reaktora čini Rejnoldsov broj veoma visokim i, kao posledica, hidrodinamički režim je turbulentan. Ova visoka vrednost Rejnoldsovog broja omogućava da se postigne veoma veliki koeficijent konvekcije prenosa toplote. Proračun za ovaj koeficijent (h) konvekcije treba da se odnosi na teoriju izmene toplote u fluidizovanim slojevima, uzimajući smatrajući srednju zonu reaktora nekom vrstom fluidizovanog sloja bez ikakvog dodavanja spoljnog fluidizujućeg gasa. Primena jednačina i skupa fizičkohemijskih svojstava smeše na temperaturi reaktora vodi do procene Nuseltovog broja i, iz ovog poslednjeg, toplote konvekcije (h). Vrednost „h“ zavisi od virtuelne debljine polimera oko svake čestice. Vrednost h se kreće između 2000 W/m<2>°C (najbolji slučaj) i 449 W/m<2>°C (najgori slučaj). Koja god da je vrednost h, vreme zagrevanja potrebno za postizanje reakcione temperature je manje od nekoliko sekundi.

[0106] Reakcioni postupak se zatim kontroliše kinetičkom brzinom hemijske konverzije. Zapremina reaktora se zatim dobija korišćenjem kinetičke jednačine. Kinetika prvog reda omogućava da se dobije vreme zadržavanja (tR) fiksiranjem stepena konverzije (xR), temperature reaktora (TR) i kinetičkih parametara (E, k0). Polazeći od: xR= 1-exp(-k·tR) gde je k = k0·exp(-E/RT)= 2,4·10<+9>·exp[-156000/8,31/(273+TR)]= 3,7·10<-2>s<-1>(na 480 °C), vreme zadržavanja je: tR= 160s.

[0107] Potrebna zapremina reaktora neophodna za pretvaranje poliolefina u ulje prema pronalasku je nekoliko litara za svaku brzinu uvođenja polimera (npr. od 3 do 6 litara/(kg/h) za dato napajanje i temperaturu reaktora), mnogo manje od drugih tehnologija gde masovno recikliranje proizvoda pirolize u reaktor, koje se koristi za podsticanje mešanja i razmene toplote, zahteva veoma veliku zapreminu.

Balans mase i energije.

[0108] Balans mase i energije osnovnih postupaka u postrojenju u skladu sa pronalaskom za tipičan slučaj sa datim vrednostima masenih brzina dovoda polimera i čestica prikazan je na SL. 5 i pripadajućoj tabeli 1 (legenda).

[0109] U pogledu energetskih tokova, odgovarajuća strelica unutar reaktora predstavlja: toplotu endotermnih reakcija (strelica od unutra ka spolja), odnosno toplotu koju sistemu treba da obezbede spoljni izvori; a toplota egzotermne reakcije (strelica od spolja ka unutra), predstavlja toplotu koju generiše sistem.

[0110] Energetski bilans je dat kako bi se pokazalo da je hemijska energija ugljenika ispuštenog sa dna reaktora V.1 za krekovanje, nakon što se pretvori u znatnu energiju u komori V.2 za sagorevanje, dovoljna da osigura da reaktor dostigne željenu temperaturu reakcije. U slučaju da je frakcija koksnog ostatka/koksa niža od očekivane prema kinetičkom modelu, deo gorivog gasa, u skladu sa SL.1b se usmerava u komoru za sagorevanje da obezbedi neophodnu hemijsku energiju.

Rezime.

[0111] Poželjne glavne karakteristike postrojenja prema pronalasku mogu se sažeti u tabelarni oblik na sledeći način:

[0112] Između ostalog, gore opisani sistem dvostrukih reaktora (reaktor V.1 za krekovanje i odvojena komora za sagorevanje V.2) daje sledeće prednosti:

a) Nema ugljenične čvrste materije za odlaganje kao otpad.

b) Intrinzično čišćenje čestica koje mogu ponovo da se uvedu u reaktor za krekovanje bez potrebe za pražnjenjem ili doradom.

c) Zagrevanje toka čestica koje treba recirkulisati u reaktor za krekovanje do temperature u širokom opsegu temperatura (poželjno između 750 i 950 °C).

d) Lako regulisanje temperature toka čestica promenom uslova sagorevanja (višak vazduha, predgrevanje vazduha, dodatno gorivo).

e) Promena zadržavanja čestica u sistemu čime se utiče na temperaturu recirkulisanih čestica putem manipulacije tokom F5.

f) Promena veličine čestica i gustine čestica izaziva promenu hidrodinamike u donjoj i gornjoj zoni reaktora.

Spisak referentnih simbola

[0113]

1 izmenjivač toplote

2 linija za prekondicioniranje otpadnog gasa

4 linija za napajanje tokom plastičnog rastopa

5 ulazni priključak za tok plastičnog rastopa

6 izlazni priključak za proizvode pirolize

7 odvodna linija za proizvode pirolize

10 linija za snabdevanje rashladnim medijumom

12 linija za ispuštanje rashladnog medijuma

14 spojna linija

16 separator gas-tečnost

18 izduvna linija za pirolizne gasove

20 linija za recirkulaciju proizvoda pirolize

21 ulazni priključak za reciklirane proizvode pirolize

22 linija za napajanje (recikliranim) česticama

23 ulazni priključak za (reciklirane) čestice

24 izlazni priključak za koksni ostatak i čestice

25 odvodna linija za koksni ostatak i čestice

26 ulazni priključak za koksni ostatak i čestice

27 linija za snabdevanje vazduhom za sagorevanje

28 ulazni priključak za vazduh za sagorevanje

29 izlazni priključak za proizvode sagorevanja i čestice

30 odvodna linija za proizvode sagorevanja i čestice

31 linijski spoj

32 deonica dimovoda

34 dovodna linija za gas za frakcionisanje

35 linija za nekondenzabilni gas

38 povratna linija za reciklirani gorivi gas 39 ulazni priključak recikliranog gorivog gasa 40 linija za reciklirani gorivi gas

42 dimovod

44 deonica dimovoda

46 deonica dimovoda

48 deonica dimovoda

60 reaktorska posuda

62 kapa / poklopac

64 pregradni zid

66 presek cilindričnog pregradnog zida

68 kapa pregradnog zida

70 zid reaktorske posude

72 međuprostor

74 unutrašnji prostor

76 donji otvor

77 pregrada

78 gornji otvor

80 silazni kanal

82 komora (plenum)

84 mlaznica

85 posuda za pufer

86 statički pritisak

87 napajač

88 ulaz za azot

89 ventilaciona linija

90 separator fluid/čestice

92 dimovod

94 petlja čestica

95 stojeća cev

96 ulazni otvor

97 izlazni otvor

E.1 oprema za napajanje i prekondicioniranje E.2 transportno-merni sistem

E.3 motor sa unutrašnjim sagorevanjem

E.4 jedinica skrubera

E.5 usisni pufer

E.6 jedinica za čišćenje dimnih gasova i dimnjak

F1 ulazni tok plastičnog otpada

F2 ulazni tok plastičnog rastopa

F3 prekondicioniranje toka otpadnih gasova F4 izlazni tok proizvoda pirolize

F5 tok koksnog ostatka i čestica

F6 tok (recikliranih) tečnih proizvoda pirolize F7 tok (recikliranih) čestica

F10 tok gasovitih proizvoda pirolize

F11 tok kondenzovanih proizvoda pirolize F12 tok koji nastaje mešanjem tokova F11 i F14 F14 tok tečne faze

F15 tok nekondenzabilnog gasa

F16 povratni tok recikliranog gorivog gasa F17 tok recikliranog gorivog gasa

F19 izlazni tok produkata sagorevanja (i čestica) F21 pročišćavanje / tok gorivog gasa

F22 tok dimnog gasa

F23 tok dimnog gasa

F24 tok dimnog gasa

FA1 (hladno) tok vazduha za sagorevanje

FA2 (zagrejano) tok vazduha za sagorevanje

HE.1 izmenjivač toplote

HE.2 izmenjivač toplote / hladnjak

HE.3 izmenjivač toplote

HE.4 izmenjivač toplote / hladnjak

HE.5 izmenjivač toplote

HE.6 izmenjivač toplote

HE.7 izmenjivač toplote

p2 usisna pumpa

p3 usisna pumpa

p4 pumpa

p6 pumpa za dimne gasove p7 ventilator

p8 pumpa

S.2 ciklonski separator S.3 pufer za čestice

S.5 kondenzator

S.6 kondenzator

T.1 rezervoar

v1 rotacioni ventil

v3 sigurnosni ventil

v6 ventil za mešanje

v8 trosmerni ventil

V.1 reaktor za krekovanje V.2 komora za sagorevanje

Claims (10)

Patentni zahtevi

1. Postrojenje za pretvaranje plastike u petrohemijske proizvode, koje sadrži reaktor (V.1) za krekovanje za reakciju pirolize ili termohemijski postupak, pri čemu se plastika pretvara u najmanje gasifikovane proizvode pirolize i koksni ostatak, i dalje sadrži odvojenu komoru (V.2) za sagorevanje,

gde reaktor (V.1) za krekovanje sadrži reaktorsku posudu (60) sa donjim odeljkom (odeljak I), srednjim odeljkom (odeljak II) i gornjim odeljkom (odeljak III), reaktorska posuda (60) dalje sadrži ulazni priključak za plastiku, ulazni priključak (23) za čestice, izlazni priključak (6) za proizvode pirolize koji se prazni iz gornjeg odeljka (odeljak III), i izlazni priključak (24) za koksni ostatak i čestice koji se prazni iz donjeg odeljka (odeljak I), gde komora (V.2) za sagorevanje sadrži ulazni priključak (26) za koksni ostatak i čestice, ulazni priključak (28) za vazduh za sagorevanje i izlazni priključak (29) za proizvode sagorevanja i čestice,

izlazni priključak (24) za koksni ostatak i čestice reaktora (V.1) za krekovanje je povezan sa ulaznim priključkom (26) za koksni ostatak i čestice komore (V.2) za sagorevanje, a izlazni priključak (29) za proizvode sagorevanja i čestice komore (V.2) za sagorevanje je povezan sa ulaznim priključkom (23) za čestice reaktora (V.1) za krekovanje, reaktor (V.1) za krekovanje i komora (V.2) za sagorevanje su stoga deo petlje (94) čestica koja sadrži mnoštvo čvrstih čestica, tako da se tokom rada čestice ciklično kreću iz reaktora (V.1) za krekovanje do komore (V.2) za sagorevanje i nazad,

pri čemu je reaktor (V.1) za krekovanje projektovan tako da se mešanje u reaktoru (V.1) za krekovanje uglavnom podstiče putem toka navedenih čestica koji se uvodi na vrhu reaktora (V.1) za krekovanje u suštini suprotnosmerno u odnosu na tok proizvoda pirolize, bez potrebe za mehaničkim uređajima za mešanje,

naznačeno time, što

ulazni priključak za plastiku je ulazni priključak (5) za tok plastičnog rastopa koji se otvara u donji odeljak (odeljak I),

pri čemu ulazni priključak (5) za tok plastičnog rastopa dovodi tok plastičnog rastopa u prstenastu komoru (82) koja se otvara u srednji odeljak (odeljak II) reaktorske posude (60) preko brojnih mlaznica (84), koje mogu da ubrizgavaju visoko viskozni plastični rastop pod visokim pritiskom u telo posude, pri čemu je pritisak u opsegu od 50 do 80 bara ili čak i veći,

pri čemu ulazni priključak (23) za čestice vodi u kanal koji se barem delimično otvara u srednji odeljak (odeljak II), i gde je pomenuti kanal realizovan kao međuprostor (72) između spoljašnjeg zida (70) reaktorske posude i toplotno provodnog unutrašnjeg pregradnog zida (64).

2. Postrojenje prema zahtevu 1, u kome je separator (90) fluida/čestica koji poželjno sadrži ciklonski separator (S.2) postavljen u spoju između izlaznog priključka (29) za proizvode sagorevanja i čestice komore (V.2) za sagorevanje i ulaznog priključka (23) za čestice reaktora (V.1) za krekovanje, tako da u ulazni priključak (23) za čestice ulaze uglavnom čestice, a ne i fluidni proizvodi sagorevanja.

3. Postrojenje prema zahtevu 2, u kome dimovod (92) vodi fluidne proizvode sagorevanja iz separatora (90) fluida/čestica do postrojenja za tretman dimnih gasova koje sadrži jedinicu (E.4) skrubera ili aparat za ekvivalentni tretman.

4. Postrojenje prema bilo kom od prethodnih zahteva, u kome je izlazni priključak (6) za proizvode pirolize reaktora (V.1) za krekovanje povezan preko izduvne linije (18) za pirolizne gasove sa odeljkom (S.5, S.6) za frakcionisanje i/ili kolonom za destilaciju.

5. Postrojenje prema zahtevu 4 u vezi sa zahtevom 3, u kome je sistem za prenos toplote konfigurisan da prenosi toplotu iz toka (F23) dimnog gasa unutar dimovoda (92) do toka (F10) gasovitih proizvoda pirolize unutar izduvne linije (18) za pirolizne gasove koja vodi do odeljka (S.5, S.6) za frakcionisanje i/ili kolone za destilaciju.

6. Postrojenje prema bilo kom od prethodnih zahteva, u kome je linija (20) za recirkulaciju proizvoda pirolize povezana sa reaktorom (V.1) za krekovanje, tako da se tokom rada kondenzovani proizvodi pirolize bar delimično recirkulišu u reaktor (V.1) za krekovanje.

7. Postrojenje prema zahtevu 3, u kome je izmenjivač (HE.3) toplote postavljen u dimovodu (92) tako da izmenjivač (HE.3) toplote prenosi toplotu toka (F23) dimnog gasa unutar dimovoda (92) do toka (FA1, FA2) vazduha za sagorevanje unutar linije (27) za snabdevanje vazduhom za sagorevanje koja vodi do ulaznog priključka (28) za vazduh za sagorevanje komore (V.2) za sagorevanje.

8. Postrojenje prema zahtevu 4, u kome povratna linija (38) za reciklirani gorivi gas vodi od odeljka (S.5, S.6) za frakcionisanje ili kolone za destilaciju do komore (V.2) za sagorevanje.

9. Postrojenje prema zahtevu 4 ili 8, u kome linija (40) za reciklirani gorivi gas vodi od odeljka (S.5, S.6) za frakcionisanje ili kolone za destilaciju do motora (E.3) sa unutrašnjim sagorevanjem koji je povezan sa električnim generatorom.

10. Postrojenje prema bilo kom od prethodnih zahteva, u kome komora (V.2) za sagorevanje sadrži uzlaznu cev za uvučeni protok.