PL229433B1

PL229433B1 - Addytyw mineralny, zwłaszcza do stosowania w procesie ciągłego przetwarzania odpadowych tworzyw sztucznych, sposób, w którym wykorzystuje się ten addytyw oraz urządzenie do realizacji tego sposobu

Info

Publication number: PL229433B1
Application number: PL409381A
Authority: PL
Inventors: Marcin Łuniewski; Piotr KONCEWICZ; Piotr Koncewicz
Original assignee: Realeco Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date: 2014-09-05
Filing date: 2014-09-05
Publication date: 2018-07-31
Also published as: WO2016034739A1; PL409381A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest addytyw mineralny, zwłaszcza do stosowania w procesie ciągłego przetwarzania odpadowych tworzyw sztucznych polegającym na stopieniu utworzonego z nich recyrkulatu w formie sieczki, granul lub aglomeratów, poddaniu otrzymanej fazy procesowi pirolizy realizowanej w ekstruderze i następnie w reaktorze, w którym następuje wytworzenie produktu węglowodorowego. Przedmiotem wynalazku jest także sposób, w którym wykorzystuje się ten addytyw i urządzenie do realizacji tego sposobu.

W stanie techniki znane są sposoby przetwarzania odpadowych tworzyw sztucznych. Znany jest przykładowo z opisu patentowego PL178639 sposób przetwarzania starych i odpadowych tworzyw sztucznych, polegający na depolimeryzacji materiałów wsadowych do fazy przepompowalnej i lotnej. W procesie tym, po przeprowadzonej depolimeryzacji, fazę lotną rozdziela się na fazę gazową i kondensat, który poddaje się standardowej rafinacji, natomiast fazę pompowalną, po oddzieleniu fazy lotnej poddaje się uwodornieniu, zgazowaniu niskotemperaturowemu lub kombinacji tych procesów. Opisany sposób depolimeryzacji jest procesem katalitycznym, przebiegającym w warunkach burzliwego przepływu, w obecności gazu obojętnego, z dodatkiem rozpuszczalników odpadowych, zużytych olejów lub frakcji z rafinacji ropy naftowej.

Wariantowy sposób przetwarzania odpadowych tworzyw sztucznych, polegający na krakingu termicznym lub katalitycznym w obecności katalizatora z grupy glinokrzemianów, prezentuje opis patentowy PL. 191650. Otrzymane w procesie krakingu produkty gazowe i ciekłe, bezpośrednio po pirolizie, kieruje się do wyparki, gdzie następuje zmieszanie ich z wodorem, a następnie kieruje się mieszaninę parowo-gazową bezpośrednio do reaktora. W reaktorze tym następuje uwodornienie związków olefinowych zawartych w mieszaninie wodorowo-węglowodorowej, do czego stosuje się typowe katalizatory uwodornienia: pallad lub platyna na nośnikach stałych wolframowo - niklowe i molibdenowo - niklowe na nośnikach stałych.

Znany jest również z polskiego zgłoszenia patentowego P.339821 sposób wytwarzania węglowodorów alifatycznych z mieszaniny odpadowych tworzyw sztucznych, polegający na termicznym rozkładzie materiału wsadowego. Mieszaninę odpadowych termoplastycznych tworzyw sztucznych, po wydzieleniu frakcji nietonącej w wodzie i po ewentualnym wstępnym oczyszczeniu, ogrzewa się do temperatury 320-450°C pod ciśnieniem 0,008-3,5 MPa, a następnie prowadzi się destylację, a uzyskany produkt rozdziela się i oczyszcza.

Sposób ciągłego przetwarzania odpadów z tworzyw sztucznych, zwłaszcza poliolefinowych, prezentuje polskie zgłoszenie patentowe P.352341, według którego proces termokatalitycznej destrukcji prowadzi się w sposób ciągły, a uplastyczniony wsad formuje się w wymienniku w postać jednorodnego słupa rdzeniowego, opadającego grawitacyjnie, który od dołu upłynnia się i dozuje do reaktora (stabilizatora).

Inny wariant termokatalitycznego procesu destrukcji odpadowych tworzyw sztucznych podaje opis wynalazku PL191341, zgodnie z którym znany proces termodegradacji odpadów poliolefinowych prowadzi się w temperaturze 250-450°C w obecności katalizatora z grupy glinokrzemianów, z rozdzieleniem otrzymanych produktów na drodze frakcjonowanej kondensacji i zawróceniem do procesu gazowych produktów ubocznych stanowiących źródło ciepła. Wprowadzony do reaktora wsad w postaci stałej lub ciekłej, miesza się z olejem technologicznym w stosunku wagowym 100-1:1, zaś katalizator podaje się do reaktora w postaci zawiesiny w oleju technologicznym w ilości od 0,1 do 5% masowych w stosunku do ilości tworzywa. Z kolei wsad w formie zawiesiny zmielonych lub zgranulowanych odpadów stanowi od 1 do 20% masowych w stosunku do oleju technologicznego.

Sposób termodestrukcji odpadowych tworzyw sztucznych opisano w zgłoszeniu WO 95/03375. Polega on na stopieniu tworzyw sztucznych przed wprowadzeniem ich do reaktora, gdzie następuje degradacja w temperaturze 400-550°C. Proponuje się powtórne wprowadzanie do reaktora frakcji niskowrzącej wydzielonej przez destylację z produktów rozkładu.

Pomimo szeregu znanych rozwiązań w obszarze zagospodarowania odpadów tworzyw sztucznych na drodze ich termicznego rozkładu duża część z nich charakteryzuje się niedogodnościami, które w znacznym stopniu ograniczają ich użyteczność. Do najistotniejszych należą problemy z usuwaniem stałych produktów reakcji w sposób ciągły bez przerywania procesu. W większości znanych rozwiązań konieczne jest stosowanie przerw technologicznych koniecznych do usuwania powstających produktów stałych. Operacja ta w istotny sposób ogranicza wydajność instalacji oraz znacząco obniża jej efektywność energetyczną. Innym ograniczeniem znanych instalacji są ich rozmiary, a tym samym brak możliwości

PL 229 433 Β1 ich przewożenia jak najbliżej miejsc powstawania bądź gromadzenia odpadowych tworzyw sztucznych. Możliwość szybkiej i taniej zmiany lokalizacji instalacji może stanowić istotny czynnik decydujący o opłacalności stosowania proponowanej metody zagospodarowania odpadowych tworzyw sztucznych.

Celem wynalazku jest zatem dostarczenie ulepszonego sposobu termicznego przetwarzania odpadowych tworzyw sztucznych, dzięki któremu ułatwione byłoby usuwaniem stałych produktów reakcji w sposób ciągły bez przerywania procesu.

Nieoczekiwanie okazało, że wprowadzenie do procesu addytywu mineralnego o odpowiednim uziarnieniu znacząco poprawia wydajność usuwania stałych produktów powstających w procesie.

Przedmiotem wynalazku jest addytyw mineralny, zwłaszcza do stosowania w procesie ciągłego przetwarzania odpadowych tworzyw sztucznych polegającym na stopieniu utworzonego z nich recyrkulatu w formie sieczki, granul lub aglomeratów, poddaniu otrzymanej fazy procesowi pirolizy realizowanej w ekstruderze i następnie w reaktorze, w którym następuje wytworzenie produktu węglowodorowego, charakteryzujący się tym, że zawiera frakcję o wielkości ziaren w zakresie od 0,1 do 1 mm, która stanowi co najmniej 80% wagowych addytywu, korzystnie co najmniej 90% wagowych.

Korzystnie frakcja o wielkości ziaren do 1 mm stanowi 100% wagowych addytywu.

Korzystnie addytyw jest katalizatorem procesu pirolizy wsadu polimerowego.

Korzystnie addytyw zawiera metale i/lub tlenki metali i/lub glinokrzemiany metali.

Przedmiotem wynalazku jest także sposób termicznego przetwarzania odpadowych tworzyw sztucznych, w którym wsad polimerowy, korzystnie w formie sieczki, granul lub aglomeratów, wprowadza się do reaktora, korzystnie przez ekstruder, w którym to ektruderze następuje uplastycznienie wsadu i rozpoczyna się proces pirolizy, przy czym po wprowadzeniu wsadu do reaktora prowadzi się proces pirolizy prowadzący do wytworzenia produktu węglowodorowego, charakteryzujący się tym, że w trakcie procesu pirolizy kondensuje się stałe produkty pirolizy na addytywie mineralnym określonym w dowolnym z poprzedzających zastrzeżeń, a następnie sedymentuje się i aglomeruje produkty kondensacji.

Korzystnie addytyw mineralny wprowadza się do układu razem z wsadem polimerowym.

Korzystnie addytyw mineralny stanowi 1-15% wagowych, korzystnie poniżej 10%, wsadu zawierającego addytyw i wsad polimerowy.

Korzystnie od 0 do 50% wagowych addytywu mineralnego zastępuje się dodatkiem do wsadu w postaci stałego produktu odprowadzonego z procesu, po uprzednim rozdrobnieniu do uziarnienia poniżej 1 mm i zawartości frakcji w zakresie od 0,1 do 1 mm powyżej 80% wagowych.

Korzystnie w strefie odprowadzania produktów stałych następuje zmiana kierunku przemieszczania wsadu polimerowego.

Korzystnie proces prowadzi się w sposób ciągły.

Korzystnie stały produkt odprowadzany jest z reaktora w sposób ciągły.

Korzystnie szybkość odprowadzania produktów stałych z reaktora i dodawania addytywu dobierana jest tak, aby temperatura mięknienia produktu stałego wynosiła nie mniej niż 50°C, korzystnie 5160°C.

Przedmiotem wynalazku jest również urządzenie do ciągłego termicznego przetwarzania odpadowych tworzyw sztucznych zawierające układ dozowania surowca, korzystnie ekstruder, w którym rozpoczyna się proces pirolizy, reaktor rozkładu, w którym następuje wytworzenie produktu węglowodorowego, wyposażony w elementy mieszające oraz system odbioru i separacji produktów, charakteryzujące się tym, że co najmniej jeden element mieszający znajdujący się w reaktorze w strefie odprowadzania produktów stałych przystosowany do zmieniania kierunku przemieszczania mieszaniny reakcyjnej.

Korzystnie urządzenie posiada środki do odprowadzania produktu stałego w sposób ciągły.

Korzystnie urządzenie wykonane jest w zabudowie kontenerowej.

Wprowadzenie do procesu addytywu mineralnego o odpowiednim uziarnieniu znacząco poprawia wydajność usuwania stałych produktów powstających w procesie, ponieważ w reaktorze następuje ich kondensacja na cząstkach wprowadzanego addytywu, a następnie ich sedymentacja i aglomeracja, co pozwala na łatwiejsze odprowadzenie zaglomerowanego stałego produktu w sposób ciągły z reaktora. Addytyw mineralny znacząco poprawia homogenizację wsadu i ułatwia transport ciepła, które konieczne jest do przebiegu reakcji. Powoduje to w konsekwencji powstawanie mniejszych gradientów temperatury w mieszaninie reakcyjnej i ograniczenie wydzielania się produktów stałych reakcji.

Dobranie temperatury mięknienia produktu stałego tak, aby wynosiła nie mniej niż 50°C, korzystnie 51-60°C, pozwala na wykorzystanie odprowadzonego produktu stałego jako komponent mas bitumicznych.

PL 229 433 Β1

Zmiana kierunku przemieszczania mieszaniny reakcyjnej w strefie odbioru produktów stałych w reaktorze pozwala na wydłużenie czasu jego przebywania w reaktorze i zwiększenie skuteczności aglomeracji produktów stałych na cząstkach addytywu mineralnego.

Odprowadzanie stałych produktów reakcji w sposób ciągły pozwala na uniknięcie przerw technologicznych koniecznych do usuwania powstających produktów stałych, które w istotny sposób ograniczają wydajność instalacji oraz znacząco obniżają jej efektywność energetyczną.

Wykonanie urządzenia w zabudowie kontenerowej daje możliwość szybkiej i taniej zmiany lokalizacji instalacji bez konieczności demontażu i budowania trwałej infrastruktury w miejscu działania.

Wynalazek zostanie teraz bliżej przedstawiony w korzystnym przykładzie wykonania, z odniesieniem do załączonych rysunków, na których:

Fig. 1. przedstawia schemat urządzenia do termicznego przetwarzania odpadowych tworzyw sztucznych

Fig. 2 przedstawia schemat elementów mieszających w strefie odprowadzania produktów stałych Przykład 1

Urządzenie do ciągłego termicznego przetwarzania odpadowych tworzyw sztucznych składa się z układu dozowania surowca w formie sieczki, granul lub aglomeratów wraz z addytywem mineralnym, ekstrudera, w którym następuje uplastycznienie wsadu i rozpoczyna się proces pirolizy, reaktora rozkładu wyposażonego w elementy mieszające, w którym następuje wytworzenie produktu węglowodorowego oraz systemu odbioru i separacji produktów i układu automatycznego sterowania. W reaktorze następuje kondensacja stałych produktów powstających w procesie na cząstkach wprowadzanego katalizatora, a następnie ich sedymentacja i aglomeracja, a aglomerowany stały produkt odprowadzany w sposób ciągły z reaktora.

Urządzenie do ciągłego termicznego przetwarzania odpadowych tworzyw sztucznych przedstawiono na fig. 1. Składa się ono z zagęszczacza (7), do którego wprowadzany jest surowiec w formie sieczki, granul lub aglomeratów wraz z addytywem mineralnym, ekstrudera (6), w którym następuje uplastycznienie wsadu i rozpoczyna się proces pirolizy, reaktora rozkładu (1) wyposażonego w elementy mieszające (2), w którym następuje wytworzenie produktu węglowodorowego. Lotne produkty (9) wydostają się z reaktora (1) do skraplacza (8), skąd po ochłodzeniu grawitacyjnie transportowane są do zbiornika pośredniego (11). Okresowo zbiornik pośredni (11) jest opróżniany a produkty ciekłe transportowane za pomocą pompy frakcji olejowej lekkiej i średniej (13) do zbiornika zbiorczego frakcji olejowej lekkiej i średniej (12). Składniki nie ulegające kondensacji odprowadzane są poprzez układ odgazowania (3) i wykorzystane na potrzeby energetyczne instalacji. Produkty stałe z procesu usuwane są w sposób ciągły (4) i deponowane (5). Następnie część z nich po rozdrobnieniu wprowadzana jest do zagęszczacza wraz ze wsadem polimerowym. Skraplacz wyposażony jest w układ odbierania ciepła składający się z wentylatora (10), pompy czynnika chłodzącego (14) oraz wymiennika ciepła (15). Elementy mieszające (2) w strefie wydzielania produktu stałego, zilustrowane na fig. 2, przystosowane są do zmieniania kierunku przemieszczania mieszaniny reakcyjnej wydłużając czas jej przebywania w strefie reakcji. Zawracanie mieszaniny realizowane jest poprzez zmienioną geometrię lub kierunek obrotu elementów mieszających w strefie wydzielania produktu stałego, w stosunku do pozostałych elementów mieszających.

Urządzenie zostało wykonane w zabudowie kontenerowej umożliwiającej transport bez konieczności demontażu urządzenia i lokalizację bez konieczności tworzenia trwałej infrastruktury w miejscu działania poprzez zasilanie z generatorów wykorzystujących część powstających produktów lotnych.

Przykład 2

Do ekstrudera wprowadzano surowiec o średnim składzie: 67% polietylenu, 18% polipropylenu, 5% polistyrenu i 10% addytywu mineralnego w postaci haloizytu o zawartości 90% frakcji 0,1-1 mm z szybkością 120 kg/godz. Stopiona mieszanina reakcyjna o temperaturze 380°C podawana była do reaktora, w którym utrzymywano temperaturę 430°C. Po upływie 30 min. od początku dozowania rozpoczęła się kondensacja produktów ciekłych z szybkością 109 kg/godz. Właściwości otrzymywanego produktu ciekłego zestawiono w tabeli 1.

PL 229 433 Β1

Tabela 1

Parametr	Jednostka	Wartość
Śr. masa cząsteczkowa	g/mol	²²⁷
Skład frakcyjny
<150°C	% v/v	12,8
>150°C	% v/v	87,2 ]
Skład grupowy
węglowodory nasycone	%v/v	19,8
węglowodory nienasycone	% v/v	78,1 \|
węglowodory aromatyczne	% v/v	2,!

Produkt stały odprowadzany był z reaktora z szybkością 6 kg/h i charakteryzował się temperaturą mięknienia 58°C.

Przykład 3

Do ekstrudera wprowadzano surowiec o średnim składzie: 67% polietylenu, 18% polipropylenu, 5% polistyrenu i 10% addytywu mineralnego w postaci naturalnego zeolitu o zawartości 92% frakcji 0,1-1 mm z szybkością 200 kg/godz. Stopiona mieszanina reakcyjna o temperaturze 365°C podawana była do reaktora, w którym utrzymywano temperaturę 415°C. Po upływie 30 min. od początku dozowania rozpoczęła się kondensacja produktów ciekłych z szybkością 184 kg/godz. Właściwości otrzymywanego produktu ciekłego zestawiono w tabeli 2.

Tabela 2

Parametr Śr. masa cząsteczkowa	Jednostka g/mol	Wartość
Skład frakcyjny
<150°C	% v/v	10,9
>150%	% v/v	89,1
Skład grupowy węglowodory nasycone	% v/v	22,4
węglowodory nienasycone	% v/v	75,7
węglowodory aromatyczne	% v/v	1,9

Produkt stały odprowadzany był z reaktora z szybkością 9,5 kg/h i charakteryzował się temperaturą mięknienia 60°C.

Przedstawione przykłady dotyczą procesów zrealizowanych dla addytywu o zwartości frakcji 0,1-1 mm równej 90 i 92% wagowych. Przeprowadzone badania wskazują na korzystny wpływ zawartości frakcji 0,1-1 mm w dużo szerszym zakresie, tzn. od 80%.

Claims

1. Addytyw mineralny, zwłaszcza do stosowania w procesie ciągłego przetwarzania odpadowych tworzyw sztucznych polegającym na stopieniu utworzonego z nich wsadu polimerowego w formie sieczki, granul lub aglomeratów, poddaniu otrzymanej fazy procesowi pirolizy realizowanej w ekstruderze i następnie w reaktorze, w którym następuje wytworzenie produktu węglowodorowego, znamienny tym, że zawiera frakcję o wielkości ziaren w zakresie od 0,1 do 1 mm, która stanowi co najmniej 80% wagowych addytywu, korzystnie co najmniej 90% wagowych addytywu.

2. Addytyw mineralny według zastrz. 1, znamienny tym, że frakcja o wielkości ziaren do 1 mm stanowi 100% wagowych addytywu.

3. Addytyw mineralny według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jest katalizatorem procesu pirolizy wsadu polimerowego.

4. Addytyw mineralny według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że zawiera metale i/lub tlenki metali i/lub glinokrzemiany metali.

5. Sposób termicznego przetwarzania odpadowych tworzyw sztucznych, w którym wsad polimerowy, korzystnie w formie sieczki, granul lub aglomeratów, wprowadza się do reaktora, korzystnie przez ekstruder, w którym to ektruderze następuje uplastycznienie wsadu i rozpoczyna się proces pirolizy, przy czym po wprowadzeniu wsadu do reaktora prowadzi się proces pirolizy prowadzący do wytworzenia produktu węglowodorowego, znamienny tym, że w trakcie procesu pirolizy kondensuje się stałe produkty pirolizy na addytywie mineralnym określonym w dowolnym z poprzedzających zastrzeżeń, a następnie sedymentuje się i aglomeruje produkty kondensacji.

6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że addytyw mineralny wprowadza się do układu razem z wsadem polimerowym.

7. Sposób według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że addytyw mineralny stanowi od 1 do 15% wagowych, korzystnie poniżej 10%, wsadu zawierającego addytyw i wsad polimerowy.

8. Sposób według zastrz. 5 albo 6 albo 7, znamienny tym, że od 0 do 50% wagowych addytywu mineralnego zastępuje się dodatkiem do wsadu w postaci stałego produktu odprowadzonego z procesu, po uprzednim rozdrobnieniu do uziarnienia poniżej 1 mm i zawartości frakcji w zakresie od 0,1 do 1 mm powyżej 80% wagowych.

9. Sposób według dowolnego z zastrz. od 5 do 8, znamienny tym, że w strefie odprowadzania produktów stałych następuje zmiana kierunku przemieszczania wsadu polimerowego.

10. Sposób według dowolnego z zastrz. od 5 do 9, znamienny tym, że prowadzi się go w sposób ciągły.

11. Sposób według dowolnego z zastrz. od 5 do 10, znamienny tym, że stały produkt odprowadzany jest z reaktora w sposób ciągły.

12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że szybkość odprowadzania produktów stałych z reaktora i dodawania addytywu dobierana jest tak, aby temperatura mięknienia produktu stałego wynosiła nie mniej niż 50°C, korzystnie 51-60°C.

13. Urządzenie do ciągłego termicznego przetwarzania odpadowych tworzyw sztucznych zawierające układ dozowania wsadu polimerowego, korzystnie ekstruder, w którym rozpoczyna się proces pirolizy, reaktor rozkładu, w którym następuje wytworzenie produktu węglowodorowego, wyposażony w elementy mieszające oraz system odbioru i separacji produktów, znamienne tym, że co najmniej jeden element mieszający znajdujący się w reaktorze w strefie odprowadzania produktów przystosowany jest do zmieniania kierunku przemieszczania mieszaniny reakcyjnej.

14. Urządzenie według zastrz. 13, znamienne tym, że posiada środki do odprowadzania produktu stałego w sposób ciągły.

15. Urządzenie według zastrz. 13 albo 14, znamienne tym, że wykonane jest w zabudowie kontenerowej.