PL223779B1 - Sposób pirolizy odpadowych tworzyw sztucznych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób pirolizy odpadowych tworzyw sztucznych, nadający się zwłaszcza do stosowania w urządzeniach kontenerowych.

Proces pirolizy, a zwłaszcza pirolizy odpadowych tworzyw sztucznych jest procesem wymagającym dostarczenia dużych ilości energii. Z tego powodu większość znanych dotychczas reaktorów do pirolizy ogrzewanych jest przeponowo poprzez zewnętrzny płaszcz grzejny, ogrzewany gorącymi spalinami. W reaktorach tych dąży się do jak największej powierzchni grzejnej w celu jak najszybszego ogrzania mieszaniny tworzyw sztucznych do wysokiej temperatury, rzędu 400 do 500°C. Przyjęto zasadę, że powierzchnia grzejna powinna być jak największa. Proces rozkładu, fragmentacji węglowodorów jest silnie endotermiczny - bardzo energochłonny. Dlatego prowadzi się go w podwyższonej temperaturze przy możliwie dużej różnicy temperatur między ścianką elementu grzejnego a masą reagujących węglowodorów co sprzyja intensywnemu przepływowi ciepła. Jednakże przekroczenie temperatury 500°C sprzyja tworzeniu się koksu i tendencja ta ostro nasila się ze wzrostem temperatury i wydłużeniem czasu jej trwania. Proces koksowania jest szczególnie istotny w przypadku pirolizy węglowodorów zawierających wielkocząsteczkowe polimery, których niewielki już dodatek gwałtownie zwiększa lepkość masy i w efekcie, przy intensywnym przepływie ciepła, sprzyja narastaniu koksu na ściance przekazującej ciepło. Hamuje to proces pirolizy, mimo intensywnego mieszania, a jednocześnie zmienia skład produktów pirolizy.

Znane jest z opisu GB 2274908 urządzenie do pirolizy odpadowych opon samochodowych. Urządzenie to zawiera wewnątrz komory reakcyjnej krzywoliniową rurę grzewczą do przeponowego ogrzewania wnętrza reaktora. Źródłem ciepła jest gorące powietrze wytwarzane przez palnik. Powietrze to ma temperaturę na wlocie do rury około 1300°C. Temperatura panująca w reaktorze maksymalnie może wynosić 400°C, a więc proces prowadzony jest poniżej temperatury powstawania koksu.

Reaktor przystosowany jest do pracy okresowej.

Znane jest z opisu EP 0947573 urządzenie do otrzymywania olejów z odpadowych tworzyw sztucznych. Urządzenie zawiera dwukrotnie wygiętą rurę grzewczą oraz dwie strefy grzania. Rura zasilana jest gorącym powietrzem wytwarzanym w generatorze. Powietrze to na wejściu do rury grzejnej ma temperaturę około 1300°C, temperatura powietrza w trakcie jego przepływu przez rurę spada liniowo. W trakcie przenikania przez ściany rury grzejnej i ogrzewania wnętrza reaktora temperatura we wnętrzu reaktora wynosi 400°C w części górnej rury i 250°C w części dolnej rury. Proces ten jest prowadzony poniżej temperatury powstawania koksu. Stosunek długości rury do jej średnicy wynosi co najmniej 10. Reaktor zaopatrzony jest w dozownik odpadowych tworzyw sztucznych oraz wylot produktów pirolizy. Reaktor przystosowany jest do pracy ciągłej.

Znany jest z opisu EP1101811 reaktor do regeneracji produktów odpadowych zawierający wewnątrz komory reakcyjnej rurę krzywoliniową jako element grzewczy. Rura ogrzewana jest od wewnątrz gorącym powietrzem. Ogrzewanie prowadzi się do temperatury wymaganej do rozkładu produktów odpadowych, a więc poniżej 400°C. Reaktor przystosowany jest do pracy okresowej.

Całkowitą zmianę w sposobie myślenia ujawniono w polskim opisie patentowym PL 194 973. Stwierdzono, że ścianki elementów grzejnych ukształtowanych rurowo nie zarastają warstwą koksu, jeśli umieścić je w płynnej masie depolimeryzowanych tworzyw sztucznych, a wnętrze rury ogrzewać bezpośrednio płomieniem palnika. Co najmniej jedna rura grzejna zamontowana jest wewnątrz komory reakcyjnej pirolizera, przy czym rura ta ma kształt krzywoliniowy a stosunek jej długości do średnicy wynosi co najmniej 10, korzystnie 50-250. Korzystnie rura podparta jest co najmniej jedną podporą. Na wlocie rury grzejnej, w jej wnętrzu, zamontowany jest palnik. Proces zakoksowania ścianek nie zachodzi mimo silnego obciążenia cieplnego ścianki rur. Badając proces wysunięto przypuszczenie, że za mechanizm ten odpowiedzialne są drgania wywołane niejednoczesnym spalaniem paliwa w rurowym elemencie grzejnym. W efekcie rozprowadzenie ciepła w ogrzewanej masie jest bardzo szybkie, a przegrzana warstwa przyścienna depolimeryzatu jest niezwykle szybko rozprowadzana co uniemożliwia koksowanie a jednocześnie nie dopuszcza do przegrzewania się powierzchni mimo nasilonego przepływu ciepła. Drgania te wzmacniane są w rurze - efekt tuby - a ich energia konsumowana jest w wyniku samoistnego intensywnego mieszania przy ściance elementu grzejnego. Przypadkowe nierówności warstwy przyściennej depolimeryzatu, jego zmienna lepkość oraz krzywoliniowy przebieg rury grzejnej powodują, że aparatura nie wpada w rezonans. Z kolei wykonanie elementu grzejnego w postaci rury o dużej smukłości (wysoki stosunek długości rury do jej średnicy) zapewnia powstawanie drgań i brak efektu osadzania się koksu na elemencie grzejnym.

PL 223 779 B1

Technologia ta ma istotne wady. Najważniejsza z nich to konieczność stosowania wielu elementów grzejnych i tyluż palników. Otóż procesy spalania paliw są wieloetapowymi procesami fizykochemicznymi i zachodzą ze zmianą objętości i/lub ciśnienia. W temperaturach stosunkowo niskich zarówno paliwa jak i powietrze są substancjami wieloatomowymi czyli zajmują stosunkowo niewielką objętość. W czasie spalania surowce te najpierw zużywając energię rozpadają się na atomy, stąd potrzeba inicjacji procesu i wtedy gwałtownie rośnie liczba moli w strefie spalania. Następnie atomy uczestniczące w procesie spalania łączą się wyzwalając ciepło podgrzewające cząsteczki sąsiednie czyli objętość dalej wzrasta albo, gdy jest ograniczona ściankami rury rośnie ciśnienie co utrudnia ładowanie następnych porcji powietrza i paliwa. Najprościej jest zwiększyć średnicę rury ale wiąże się to z jej wydłużeniem na tyle dużym, by wyzwolona energia cieplna miała czas i możliwość przeniknąć przez jej ścianki. Takie rury gną się same a ponadto długość aparatury musi wzrosnąć. Łatwiej więc zastosować kilka lub więcej rur. Oznaczało to jednak wykonanie szerszej aparatury, a przy ładowaniu zmiennej, często mniejszej ilości tworzyw, wiązało się ze stratą zawsze tej samej ilości energii zależnej od tej samej powierzchni i prawie stałej temperatury. Dlatego by zwiększać przerobowość aparatu starano się głównie go poszerzać ale i wydłużać. Zauważono wtedy, że już wcześniej używane rury elementów grzejnych w czasie prób transportu gną się i rozszczelniają zbyt łatwo. Wyjmowano je i odpowiednio przygotowane transportowano oddzielnie by potem zamontować, sprawdzić, wypróbować a potem oddać do eksploatacji. Jest to uciążliwe, a w przypadku wielu takich instalacji ze względów bezpieczeństwa nie jest w ogóle możliwe. Eliminuje to upowszechnienie rozwiązania, gdyż niemożliwe jest transportowanie aparatu w całości i eksploatacja tego samego aparatu kolejno w różnych miejscach. Potrzebą chwili jest budowanie niewielkich aparatów o zmiennych wydajnościach, które bezpiecznie mogą być przewożone i eksploatowane zgodnie z potrzebami małych miasteczek i gmin. Problem ten pojawił się aktualnie, gdyż powstała potrzeba stworzenia aparatury nadającej się do łatwego transportu i prowadzenia pirolizy bez specjalnego nadzoru w miejscu powstawania odpadów bez konieczności transportowania do stacjonarnej instalacji co wiąże się z zużyciem paliwa i emisją zanieczyszczeń do atmosfery.

Zgodnie ze znanymi sposobami proces pirolizy tworzyw sztucznych prowadzi się w jednym pirolizerze lub w kaskadzie analogicznych pirolizerów. Do reaktora dozuje się wsad w postaci ewentualnie wstępnie stopionych tworzyw, reaktor podgrzewa się przy użyciu różnych metod dostarczania energii, zwłaszcza energii spalin lub poprzez ogrzewanie od wewnątrz długiej i cienkiej rury bezpośrednio płomieniem palnika. Z tego samego reaktora odbiera się lotne produkty pirolizy. Reaktor jest w części wypełniony ciekłą mieszaniną tworzyw, a górna jego część stanowi przestrzeń, w której zbierają się produkty lotne, odbierane u góry. Taki sposób przeprowadzenia procesu wymusza długi czas przebywania ciekłych tworzyw w reaktorze, aż do zakończenia pirolizy. Im dłuższy czas przebywania tworzyw w reaktorze tym bardziej zwiększa się szansa na miejscowe przywarcia tworzyw do rur grzewczych, zwiększa się pojemność reaktora, staje się on niemożliwy do wygodnego transportu bez choćby częściowego demontażu.

Pierwsze próby zmniejszenia gabarytów reaktora nie dawały oczekiwanych efektów. Okazało się, że mała aparatura nie spełnia oczekiwań ekonomicznych potencjalnych odbiorców i wydawało się, że problem jest nierozwiązywalny, gdyż oczekiwania te sugerowały, że ta sama aparatura ma pracować w skali małej i dużej, a więc zawsze ma mieć duże rozmiary, a wtedy napotykamy problemy transportowe. Jednakże w trakcie badań nieoczekiwanie stwierdzono, że wydajność aparatury, jej niewielkie rozmiary oraz brak koksowania elementów grzejnych można uzyskać poprzez zmianę sposobu pirolizy.

Nieoczekiwanie okazało się, że można w sposób skuteczny i efektywny prowadzić pirolizę odpadowych tworzyw sztucznych według sposobu po raz kolejny zmieniającego podejście do tego tematu.

Stwierdzono, że proces pirolizy należy prowadzić w reaktorze i co najmniej jednym przegrzewaczu połączonych w pętlę. Do reaktora dozuje się odpady tworzyw, które kontaktuje się z ogrzaną masą z przegrzewacza, a następnie z reaktora transportuje się masę do przegrzewacza, po czym w przegrzewaczu podgrzewa się ją do temperatury wyższej niż temperatura depolimeryzacji tworzyw co sprzyja tworzeniu się większej ilości krótko żyjących wolnych rodników katalizujących proces. Prędkość przepływu masy z reaktora do przegrzewacza dobiera się w zależności od pojemności przegrzewacza tak, aby przegrzewacz był zawsze napełniony, a ogrzana w nim przeponowo masa przelewała się na jego końcu przeciwległym do miejsca podawania surowca do reaktora. W przegrzewaczu zachodzi przegrzewanie stopionych tworzyw, inicjacja depolimeryzacji oraz depolimeryzacja części surowca. Przegrzewacz może być ogrzewany gazami spalinowymi, elektrycznie lub w dowolny

PL 223 779 B1 inny sposób. Wymuszony zostaje stały ruch surowca. Ze względu na wypełnienie przegrzewacza surowcem ewentualnie powstające lotne produkty depolimeryzacji są zawieszone w fazie ciekłej. Lotne produkty depolimeryzacji powstałe w przegrzewaczu są uwalniane i odbierane na górze reaktora razem z lotnymi produktami depolimeryzacji zainicjowanej w przegrzewaczu, a powstałymi w reaktorze i wszystkie powstałe lotne produkty następnie poddawane są dalszej obróbce w znany sposób.

Transport masy z reaktora do przegrzewacza korzystnie realizuje się przy pomocy pompy lub transportera ślimakowego.

Przegrzewacz może być umiejscowiony wewnątrz reaktora jak również poza reaktorem.

W przypadku stosowania więcej niż jednego przegrzewacza połączenie między nimi może być zarówno szeregowe jak i równolegle, a poszczególne przegrzewacze nie muszą być ogrzewane w ten sam sposób.

Sposób według wynalazku pozwala na konstruowanie aparatury o znacznie mniejszych wymiarach przy jednoczesnym zwiększeniu wydajności. Aparatura dzięki temu może być transportowana bez demontażu. W trudnych warunkach terenowych aparaturę można łatwo demontować, w transporcie nie ulega ona zniszczeniu, jest łatwa i bezpieczna do ponownego montażu.

Sposób według wynalazku może być z powodzeniem stosowany dla aparatury o dowolnych gabarytach i dla instalacji stacjonarnych.

Zmiana sposobu pirolizy poprzez wymuszenie ruchu cieczy umożliwia stosowanie różnych form ogrzewania przy równoczesnej minimalizacji powstawania koksu na elementach grzejnych. Ewentualny powstały koks jest łatwy do usunięcia i nie niszczy elementów grzejnych.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia schemat technologiczny aparatury zawierającej dwa przegrzewacze połączone szeregowo, w którym każdy z dwóch przegrzewaczy można odłączyć niezależnie od instalacji i prowadzić proces albo w jednym wybranym albo w dwóch przegrzewaczach.

P r z y k ł a d 1.

Szkic aparatury przedstawiono na Fig. 1. Składała się ona z ogrzewacza wstępnego 1 mającego postać leżącej, obracającej się rury średnicy 800x8 mm, długości 5,5 m do której wlotowego końca wsypywano surowiec rozdrobniony do kawałków nie większych niż 40 mm w tempie do 275 kg/godz., a z drugiego wylotowego odbierano już ogrzany, a w przeciwprądzie wdmuchiwano mieszaninę spalin z powietrzem o temperaturze blisko 70°C. Surowiec ogrzany do temperatury 60°C wpadał do leja zasypowego podajnika ślimakowego 2 wtłaczającego tworzywa do wnętrza reaktora 3. Lej zasypowy wyposażono w centralnie umieszczone mieszadło z końcówką śrubową, którego zadaniem było nie dopuszczenie do zawieszenia się surowca ale wtłoczenie go do ślimaka, gdzie skutkiem ukształtowania ślimaka był przed wtłoczeniem sprężany by utworzyć nie dopuszczającą do wydostania się par pirolizatu zatyczkę. Podajnik 2 umieszczono w gwintowanej wewnątrz rurze średnicy wewnętrznej 100 mm. Reaktor 3, którego podstawowym zadaniem poza upłynnianiem surowca było wydzielanie par pirolizatu z masy obrabianej substancji miał postać stojącego cylindra średnicy 1016x5 mm wysokości 2380 mm zakończonego obustronnie kołnierzem szerokości 40 mm służącym do przymocowania płaskich dennic górnej i dolnej. W jego ścianie 120 mm od górnej krawędzi wspawano króciec średnicy 141,3x6,55 mm, długości 120 mm zakończony kołnierzem. Króciec ten służył do mocowania wkładanej weń rury średnicy 125x12,5 mm, w której umieszczono podajnik 2 średnicy 98 mm. Poniżej, 500 mm od dolnej krawędzi cylindra wspawano drugi króciec średnicy 48,3x3 mm, długości 280 mm zakończony kołnierzem do którego przymocowano zawór kulowy 4” zamykający przepływ. Jeszcze niżej ale naprzeciw 200 mm od dolnej krawędzi wspawano kolejny króciec średnicy 76,1x3,6 mm, długości 280 mm do którego zamontowano trójnik zakończony zasuwami 4 i 4', do których podłączono rury odprowadzające ciecz z reaktora 3 do pomp cyrkulacyjnych 5 i 5' wydajności 50 l/min każda. Zasuwę 4' odprowadzającą ciecz do pompy 5' zamknięto, a zasuwę 4 do pompy 5 otwarto dzięki czemu pirolizowana ciecz wzbogacona ładowanymi tworzywami była podawana pompą 5 do przegrzewacza 6, a następnie ciecz powracała rurą średnicy 114,3x4 mm do reaktora 3. Rura ta podłączona była do króćca umieszczonego w ścianie bocznej reaktora 3 ponad króćcem odprowadzającym ciecz do pompy 5. Króciec ten wspawano stycznie do ściany reaktora 3 możliwie najbliżej jego górnej krawędzi tuż poniżej kołnierza. Drugi identyczny, styczny króciec umieszczono między wyżej opisanym a króćcem dla podajnika 2 i połączono go bezpośrednio rurą z pompą 5'. Dzięki temu wpadająca do reaktora 3 mieszanina cieczy i pary zachowywała się cyklonalnie. Zachowanie to wspomagał cylindryczny pierścień 11 zamontowany wewnątrz, centralnie, stykający się z płaszczyzną górnej krawędzi reaktora 3. Pierścień ten zrobiono poprzez zwinięcie wzdłuż dłuższego boku arkusza blachy o wymiarach 2000x550x2,5 mm.

PL 223 779 B1

Celem trwałego umiejscowienia podparto go od dołu czyli jakby postawiono na równobocznym trójkącie utworzonym poprzez przyspawanie wewnątrz reaktora 3 do jego ścian trzech równej długości rur średnicy 16x2 mm stykających się końcami. Przed zamontowaniem pierścienia 11 w jego ścianie wycięto otwór przez który potem wsunięto do jego wnętrza zakończenie rury podajnika 2 na głębokość 100 mm. Wspomniany pierścień przyspawano do rur, na których go postawiono. Wewnątrz reaktora 3 poniżej umieszczono też sito 12 wykonane z perforowanej otworami średnicy 20 mm blachy grubości 2 mm. Sito 12 zwinięto w kształt stożka o średnicy podstawy takiej jak średnica wewnętrzna reaktora 3 przy wysokości stożka 200 mm. Następnie stożek ten postawiono na ośmiu odcinkach gwintowanych prętów M10 długości 10 mm przyspawanych do ścian wewnętrznych na wysokości 1000 mm od dolnej krawędzi reaktora 3. W krawędzi sita 12 wycięto stosowne otwory takie by można było sito 12 zamontować wkładając od dołu. Po wsunięciu sita 12 ponad śruby ich końce zabezpieczono kapturowymi nakrętkami by sito 12 na pewno nie opadło. Na koniec reaktor 3 zamknięto szczelnie od spodu płaską pokrywą grubości 12 mm mocując ją śrubami. Na zewnątrz reaktora 3 na wysokości od 980 do 1180 mm od dolnej krawędzi przymocowano do jego ścian dwa razy po pięć szeregowo połączonych grzałek elektrycznych o mocy po 600 W każda oraz na wysokości od 100 do 350 mm od dolnej krawędzi dalszych pięć identycznych grzałek tak samo połączonych. Także na zewnątrz ale od spodu do pokrywy zamykającej reaktor 3 zamontowano pięć identycznych tak samo połączonych grzałek. Od góry reaktor 3 zamknięto także płaską pokrywą grubości 12 mm, w której centrum wycięto okrągły otwór włazu średnicy 420 mm a obok 100 mm od jego krawędzi umieszczono króciec służący do zamontowania termopary. Właz szczelnie zakryto płaską pokrywą średnicy 540 mm mocowaną śrubami. Pośrodku tej pokrywy wspawano kolano/króciec średnicy 114,3x2 mm służący do odprowadzania par pirolizatu do dwóch szeregowo podłączonych chłodnic 7 każda o powierzchni 5,6 metra kwadratowego. Uzyskany w nich płynny pirolizat kierowano do zbiornika 8 pojemności 7 tys litrów a nie skraplający się gaz pirolityczny kierowano do mokrego, wyporowego zbiornika gazu 9 o max. pojemności 120 l. Po uzupełnieniu gazem propan-butan z butli gaz ze zbiornika 9 kierowano do palnika 10 o regulowanej mocy do 180 kW ogrzewającego przegrzewacz 6, którego zadaniem było zaopatrywanie instalacji w energię cieplną niezbędną do przeprowadzenia energochłonnej reakcji pirolizy. Obudowę przegrzewacza 6 zrobiono z przeciętej wzdłuż prostej rury średnicy 406,4x3 mm, długości 1500 mm. Otrzymane tak dwie połówki połączono dwoma paskami blachy szerokości 580 mm, długości 1500 mm wyciętymi z blachy grubości 4 mm. Powstałą tak rurę zamknięto z jednej strony szczelnie przyspawaną pokrywą a z drugiej otoczono kryzą szerokości 40 mm zrobioną z blachy grubości 12 mm, do której mocowano wkładany do wnętrza rurowy element grzejny. Obudowę wyposażono w dwa króćce wlotowy i wylotowy średnicy 114,3x3 mm, długości 150 mm znajdujące się 130 mm od kryzy. Oba króćce umieszczono po środku płaskich pasków blachy łączących połówki rury ale po jej przeciwnych stronach. Wkładany do obudowy rurowy element grzejny przymocowano do stalowej pokrywy grubości 12 mm o kształcie i wymiarach dokładnie pasujących do kryzy otaczającej rurę. Wykonano go w całości z rur prostych i kolan o promieniu 1,5D średnicy 168,3x3 mm. Celem zachowania odpowiedniej powierzchni wymiany ciepła powinien on mieć długość całkowitą 5,3 m. Ograniczenie, by zmieścił się on w wykonanej wcześniej obudowie długości 1500 mm spowodowało, że zwinięto go w pętlę składającą się z pięciu odcinków rury prostej połączonej kolanami. Wykonanie: w pokrywie wykonano wlotowy otwór później zakryty od zewnątrz komorą spalania i włożono weń prostopadły odcinek rury 1200 mm zakończony kolanem a dalej odcinkiem rury długości 115 mm i znowu kolanem z powrotem w kierunku pokrywy. Następnie dospawano odwrócone U składające się kolejno z odcinka 800 mm rury, kolana ponownie kolana i odcinka rury 800 mm a potem z kolei dołączono dwa w U połączone kolana i wreszcie odcinek rury 1200 mm z powrotem do pokrywy, gdzie koniec rury włożono w drugi otwór w niej wykonany - ale po drugiej stronie pokrywy w ten otwór włożono kolano służące odprowadzeniu wykorzystanych już cieplnie spalin do ogrzewacza 1. Całość połączono szczelnymi spawami zachowując minimalną 10 mm odległość między powierzchniami, by w czasie eksploatacji rury i kolana nie stykały się ze sobą. Zadbano też o dodatkowe przymocowanie pętli do pokrywy. Dlatego przed połączeniem elementów w całość włożono przed połączeniem kolan odwróconego U każde w swój otwór uchwytu, który potem przymocowano podwójnymi spawami do pokrywy dbając by były od siebie odległe o 100 mm. Uchwyty te o kształcie prostokąta szerokości 260 mm wykonano z blachy grubości 12 mm. Wspomniano wcześniej, że otwór wlotowy do pętli zakryto od zewnątrz komorą spalania. Komorę tę wykonano z odcinka rury średnicy 350x4 mm, długości 300 mm zrobionej poprzez zwinięcie wzdłuż dłuższego boku stosownego paska blachy. Z jednej strony przymocowano ją szczelnym spawem do pokrywy dbając by możliwie najbardziej acentrycznie otoczyła wlotowy otwór, a z drugiej stro6

PL 223 779 B1 ny zakryto pokrywą grubości 5 mm, w której acentrycznie, najbardziej odlegle od otworu w pokrywie zamontowano króciec służący do mocowania palnika 10 o mocy max do 180 kW. Na koniec każdy z elementów aparatury, za wyjątkiem komory spalania, dokładnie zaizolowano cieplnie, a reaktor 3 i zbiornik 8 ustawiono na osobnych wagach.

Przygotowano 4000 kg pozyskanych z sortowni odpadowych tworzyw sztucznych pociętych na kawałki nie większe niż 40 mm składających się z: 97% polietylenu/polipropylenu oraz 2,4% papierów, 0,4% wody i 0,2% minerałów i ziemi.

Osobno przygotowano 700 kg złoża czyli zestalonego półpirolizatu pozostałego z poprzednich prac oraz 210 kg czyli 7 butli skroplonego gazu propan-butan.

Aparaturę przedmuchano dwutlenkiem węgla i wtedy zamknięto zawór 4”. Poprzez podajnik 2 do reaktora 3 załadowano cały półpirolizat po czym włączono zewnętrzne elektryczne ogrzewanie. Po około 36 godzinach temperatura przekroczyła 145°C co oznaczało, że cały półpirolizat jest już płynny. Włączono pompę 5, a następnie napełniono zbiornik 9 gazem z butli po czym włączono palnik 10 i uregulowano jego moc na 130 kW. Systematycznie uzupełniano ubytek gazu w zbiorniku 9. Następnie poprzez podajnik 2 załadowano w ciągu godziny 100 kg tworzyw, a po dwóch godzinach kolejne 100 kg. Po niepełnych 6 godzinach od momentu włączenia palnika 10 zaobserwowano, że temperatura w reaktorze 3 przekroczyła 320°C. Włączono ogrzewacz 1 oraz podawanie doń mieszaniny powietrza i spalin z jednej strony oraz podawanie tworzyw z drugiej. W ciągu czterech godzin uregulowano tempo podawania tworzyw na 100 kg/godz., a następnie zwiększono moc palnika 10 do 150 kW i obserwowano wzrost temperatury oraz masy reaktora 3. Gdy masa zawarta w reaktorze 3 wzrosła do 400 kg podwyższono moc palnika 10 na założoną moc 170 kW i obserwowano wzrost temperatury reaktora 3 oraz spadek poboru gazu z butli. Po niepełnych 4 godzinach, gdy temperatura w reaktorze 3 przekroczyła 380°C dokonano nieznacznej korekty mocy palnika 10, a następnie odnotowano masę gazów w butlach, masę reaktora 3, usunięto wodę ze zbiornika 8 i odnotowano jego masę oraz ilość nie zużytego surowca i proces kontynuowano. Ten moment jest początkiem bilansu 24-ro godzinnej pracy. Po 23 godzinach od tego momentu zmniejszono moc palnika 10 tak by zużywał tylko produkowany w instalacji gaz pizolityczny, a po następnej godzinie odnotowano masy butli, separatora, zbiornika i ciężar nie zużytego surowca, po czym wyłączono ogrzewanie. Pozostawiono aparaturę w spokoju by wystygła. Po około 20 godzinach, gdy temperatura w separatorze obniżyła się do około 90°C otwarto i udrożniono zawór 4”, a następnie usunięto z reaktora 3 poprzez ten zawór możliwie najwięcej półpirolizatu/złoża odnotowując jego ilość. Po kolejnych 48 godzinach odkręcono dennicę dolną reaktora 3, a następnie wysunięto ją z pod reaktora po czym ręcznie oddzielono zakrzepły półpirolizat od koksu odnotowując ich ilości. Na końcu usunięto ze zbiornika 8 całą odstałą na jego dnie wodę, zważono ją i odnotowano po czym proces zbilansowano uzyskując wyniki:

W ciągu 24 godzin zużyto

Surowca/tworzyw 2400 kg

Gazu z butli 87,2 kg

Otrzymano

Wody 39,0 kg

Pirolizatu (mieszanina węglowodorów) 2050,0 kg

Koksu 90,0 kg

Złoża czyli półpirolizatu zużyto i odzyskano tę samą ilość

P r z y k ł a d 2

Zastosowano aparaturę opisaną w przykładzie 1 ale odcięto zaworem 4 i nie włączono do pracy opisany tam przegrzewacz 6. Zamiast niego zastosowano przegrzewacz 6'. Obudowę przegrzewacza 6' wykonano z odcinka rury średnicy 508x3 mm, długości 1020 mm, której końce otoczono kołnierzami szerokości 40 mm wykonanymi poprzez wygięcie i przyspawanie płaskownika o przekroju 40x12 mm. W odległości 130 mm od dolnej krawędzi rury/obudowy, w jej ścianie wycięto otwór i wspawano króciec wlotowy średnicy 76,1x3 mm, długości 150 mm, a nad nim wyżej, po tej samej stronie w odległości 130 mm od górnej krawędzi obudowy wycięto otwór i wspawano króciec wylotowy średnicy 114,3x3 mm, długości 150 mm. W połowie długości, wewnątrz obudowy umieszczono przegrodę wykonaną z krążka średnicy 502 mm wyciętego z blachy grubości 3 mm. Przed zamontowaniem odcięto cześć tego krążka wysokości 30 mm, a następnie zadbano, by powstała między ścianą obudowy a resztą krążka szczelina znalazła się dokładnie między króćcem wlotowym i wylotowym. Tak wykonaną cylindryczną obudowę zamknięto obustronnie identycznymi pokrywami dbając, by zamontowane do nich grzałki elektryczne znalazły się wewnątrz niej. Pokrywy średnicy 588 mm wycięto z arkusza

PL 223 779 B1 blachy grubości 8 mm. Do każdej z nich przymocowano sterczące po jednej stronie prostopadle do pokrywy 74-ry grzałki elektryczne o mocy 1,5 kW każda połączone po dwie w szereg. Rozmieszczono je tak by nie stykały się ze sobą. Grzałki te wykonane z rurek średnicy 8,1 mm wygięte w kształt litery U długości 500 mm, szerokości zewnętrznej 50 mm zakończone były gwintowanymi końcówkami służącymi do szczelnego mocowania poprzez włożenie w otwory wywiercone w pokrywach i z zastosowaniem szczeliwa dokręcone śrubą po drugiej stronie pokrywy. Grzałki rozmieszczone były na obwodach okręgów z centrum pokrywającym się z centrum pokrywy. Pierwszy okrąg o promieniu 235 mm, ułożono wzdłuż okręgu 20 grzałek. Drugi okrąg o promieniu 205 mm, ułożono promieniście 32 grzałki. Trzeci okrąg o promieniu 133 mm, ułożono promieniście 18 grzałek. Czwarty okrąg o promieniu 61 mm, ułożono wzdłużnie 4 grzałki. Razem ułożono 74 grzałki w pokrywie. W przybliżeniu w połowie wysokości grzałek równolegle do pokrywy umieszczono przegrodę-krążek z blachy grubości 1 mm średnicy 502 mm, w której wywiercono rozmieszczone tak samo jak w pokrywie otwory średnicy 8,5 mm. Otwory te odpowiadające każdej grzałce połączono przecinając blachę co umożliwiło montaż przegrody. Po obu stronach przecięcia wywiercono otworki średnicy 1 mm w takiej odległości, by po założeniu przegrody można było je celem uszczelnienia połączyć. Przegrodę umiejscowiono mocując do pokrywy prętami gwintowanymi średnicy 3 mm rozmieszczonymi między grzałkami. Przed założeniem przegrody odcięto jej część - odcinek koła wysokości 28 mm od strony króćca wlotowego i 32 mm od strony króćca wylotowego. Odcinek ten usunięto w takim miejscu by po zamontowaniu pokrywy otwór powstały między obudową a przegrodą znalazł się po stronie przeciwnej niż króćce wlotowy i wylotowy przez co wymuszono dobrą cyrkulację płynu wewnątrz przegrzewacza 6' i omywanie grzałek pompowaną cieczą. Po zmontowaniu przegrzewacza 6' podłączono grzałki do źródła prądu elektrycznego 13 poprzez włącznik, a następnie aparaturę zaizolowano, przedmuchano dwutlenkiem węgla i przystąpiono do wykonania próby. Ze względu na to, że ogrzewano aparaturę prądem elektrycznym, a nie gazem gromadzącym się w zbiorniku 9 jak w przykładzie 1, zastosowano tu agregat prądotwórczy o mocy 130 kWh i sprawności około 36% napędzany tym gazem.

Do próby użyto surowiec identyczny jak w przykładzie 1 ale odwodniony i ogrzany do temperatury 40°C.

Próbę prowadzono analogicznie jak w przykładzie 1 dozując surowiec w tempie 100 kg/godz.

Po 24 godzinach kontrolowanej pracy uzyskano wyniki:

Zużyto

Surowca 2400 kg

Elektryczności 2664 kWh

Otrzymano

Wody

Pirolizatu

Koksu

Elektryczności

0,0 kg 2083,8 kg 91,5 kg

1059,7 kWh

P r z y k ł a d 3

Zastosowano aparaturę opisaną w przykładzie 1 i 2 otwierając jednocześnie zawory 4 i 4' dopływu cieczy do pomp 5 i 5'.

Próbę wykonano tak jak w przykładzie 1 i 2 przy czym w przegrzewaczu 6 w każdej z pokryw odłączono 2 razy po 2 grzałki połączone w szereg. Do rozruchu przegrzewacza 6 użyto gaz z butli. Do dalszej pracy przegrzewacza 6 stosowano uzyskany gaz pirolityczny. Surowiec identyczny jak w przykładzie 1 ładowano w tempie 200 kg/godz. Po 24 godzinach stabilnej pracy uzyskano następujące wyniki:

Zużyto

Surowca

Elektryczności

Otrzymano

Wody

Pirolizatu

Koksu

Elektryczności

4800 kg

2520 kWh kg

4100 kg 180 kg 658,4 kWh

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób pirolizy odpadowych tworzyw sztucznych polegający na depolimeryzacji tworzyw pod wpływem temperatury, znamienny tym, że pirolizę prowadzi się w reaktorze i co najmniej jednym przegrzewaczu połączonych w pętlę, przy czym do reaktora dozuje się odpady tworzyw, które kontaktuje się z ogrzaną masą z przegrzewacza, a następnie z reaktora transportuje się masę do przegrzewacza, po czym w przegrzewaczu podgrzewa się ją do temperatury wyższej niż temperatura depolimeryzacji tworzyw, a prędkość przepływu masy z reaktora do przegrzewacza dobiera się w zależności od pojemności przegrzewacza tak, aby przegrzewacz był zawsze napełniony, a ogrzana w nim przeponowo masa przelewała się na jego końcu przeciwległym do miejsca podawania surowca do reaktora, w którym lotne produkty depolimeryzacji powstałe w przegrzewaczu są uwalniane i odbierane na górze reaktora razem z lotnymi produktami depolimeryzacji zainicjowanej w przegrzewaczu, a powstałymi w reaktorze i wszystkie powstałe lotne produkty następnie poddawane są dalszej obróbce w znany sposób.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że transport masy z reaktora do przegrzewacza realizuje się przy pomocy pompy.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że transport masy z reaktora do przegrzewacza realizuje się przy pomocy transportera ślimakowego.