PL209474B3

PL209474B3 - Equipment for pyrolisis of plastic wastes

Info

Publication number: PL209474B3
Application number: PL385301A
Authority: PL
Inventors: Izabella Bogacka; Stanisław Lewandowski
Original assignee: Izabella Bogacka; Stanisław Lewandowski
Priority date: 2008-05-29
Filing date: 2008-05-29
Publication date: 2011-09-30
Also published as: PL385301A3

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pirolizy odpadowych tworzyw sztucznych, pracujące pod ciśnieniem normalnym, podwyższonym lub obniżonym stanowiące ulepszenie urządzenia według patentu nr 194973.The subject of the invention is a device for pyrolysis of waste plastics, operating at normal, increased or reduced pressure, which is an improvement of the device according to patent No. 194973.

Znane jest z polskiego opisu patentowego nr 194973 urządzenie do pirolizy odpadowych tworzyw sztucznych składające się z reaktora ogrzewanego przeponowe dozownika odpadowych tworzyw sztucznych oraz wylotu produktów pirolizy, przy czym reaktor posiada zamontowany wewnątrz komory reakcyjnej, co najmniej jeden element grzejny w postaci rury grzejnej o kształcie krzywoliniowym o stosunku długości do średnicy co najmniej 10, korzystnie 50-250 charakteryzujące się tym, że na wlocie rury grzejnej, w jej wnętrzu, zamontowany jest palnik, przy czym korzystnie rura grzejna podparta jest co najmniej jedną podporąA device for the pyrolysis of waste plastics is known from the Polish patent specification No. 194973, consisting of a reactor, a heated membrane dispenser of waste plastics and an outlet of pyrolysis products, the reactor having at least one heating element in the form of a heating pipe with a curvilinear shape mounted inside the reaction chamber. with a length-to-diameter ratio of at least 10, preferably 50-250, characterized in that a burner is mounted at the inlet of the heating pipe, inside it, and preferably the heating pipe is supported by at least one support

Urządzenie znane z polskiego opisu patentowego nr 194973 jest efektywne, jednakże nie udało się w pełni uniknąć niekorzystnego zjawiska osadzania się powstającego koksu na elemencie grzewczym. Zjawisko to ma miejsce szczególnie w przypadku, gdy surowiec poddawany pirolizie zawiera resztki celulozy i pyłów mineralnych oraz metalicznych, które jako zawiesina osadzają się na elemencie grzewczym i powodują niekorzystny efekt zakoksowywania powierzchni tego istotnego elementu.The device known from the Polish patent description No. 194973 is effective, however, it was not possible to fully avoid the disadvantageous phenomenon of deposition of the formed coke on the heating element. This phenomenon occurs especially in the case when the raw material subjected to pyrolysis contains cellulose residues and mineral and metallic dusts, which, as a suspension, settle on the heating element and cause an unfavorable coking effect on the surface of this essential element.

Optymalnym byłoby wprowadzenie mieszaniny reakcyjnej w ruch jednakże standardowe stosowanie mieszadeł i pomp obiegowych wymaga ciągłej kontroli ze względu na możliwość pojawienia się nieszczelności, co przy pracy w temperaturach powyżej samozapłonu grozi nie tylko skażeniem środowiska, ale także pożarem. Jednakże korzyści wynikające z mieszania są na tyle duże, że poszukiwano nowej lepszej metody, która nie wymaga stosowania podatnych na awarię urządzeń mechanicznych umieszczonych w strefie wysokiej temperatury a tym samym stałej ich kontroli. Oczywistym nasuwającym się rozwiązaniem było studzenie masy depolimeryzujących tworzyw poniżej temperatury samozapłonu. Okazało się, że rozwiązanie takie poza oczywistą stratą wysokotemperaturowej energii cieplnej ma dyskwalifikującą wadę - spadek temperatury spowodował na tyle duży wzrost lepkości, że do przetłaczania cieczy trzeba by było zastosować trudnodostępne, drogie pompy o dużym zużyciu energii elektrycznej. Pompy takie w wykonaniu specjalnym są drogie a ich wykonanie trwa długo. Ponadto takie urządzania napędzane energią elektryczną były nieodporne na awarię zewnętrznej sieci elektrycznej.It would be optimal to put the reaction mixture in motion, however, the standard use of mixers and circulation pumps requires constant control due to the possibility of leakage, which, when operating at temperatures above self-ignition, may not only contaminate the environment, but also fire. However, the advantages of mixing are so great that a new and better method was sought that does not require the use of failure-prone mechanical devices placed in the high-temperature zone and thus their constant control. The obvious solution was to cool the mass of depolymerizing materials below the auto-ignition temperature. It turned out that such a solution, apart from the obvious loss of high-temperature thermal energy, has a disqualifying disadvantage - the temperature drop caused such a large increase in viscosity that it would be necessary to use difficult-to-access, expensive pumps with high electricity consumption for pumping the liquid. Such pumps in a special design are expensive and take a long time to produce. Moreover, such electrically powered devices were not immune to failure of the external electrical network.

Nieoczekiwanie stwierdzono, że wad tych pozbawione jest mieszanie gazem, przy czym korzystnie jest stosować gaz palny, gdyż wtedy nieskraplające się gazy pochodzące z instalacji zaliczane są do gazów wysokokalorycznych chętniej zużywanych ze względu na powszechne dostosowanie palników. Nie wyklucza to stosowania dwutlenku węgla, azotu, spalin, ale trzeba zwrócić uwagę na fakt, że uzyska się gaz rozcieńczony zastosowanym medium.Surprisingly, it has been found that gas mixing is devoid of these disadvantages, while it is preferable to use a combustible gas, since then non-condensable gases from the plant are classified as high calorific gases more readily consumed due to the common adaptation of the burners. This does not exclude the use of carbon dioxide, nitrogen, flue gas, but it should be noted that the gas will be diluted with the medium used.

Urządzenie według wynalazku zaopatrzone jest w części dolnej reaktora w rurę barbotażową, z co najmniej jednym otworem, wywoł ują c ą efekt mieszania przez doprowadzenie medium roboczego, korzystnie węglowodorowego. Rura może mieć wolny wylot i/lub otwory, może być też zaopatrzona w dodatkową rurę pomagają cą wywoł a ć efekt pompy strumieniowej. Dodatkowa rura korzystnie posiada przekrój prostokątny a dodatkowo może być odchylona od pionu. Podając medium robocze wywołuje się w czasie pracy aparatu intensywne mieszanie przyspieszające parowanie produktów, rozpuszczanie i rozpraszanie surowców oraz rozprowadzanie ciepła. W efekcie zwiększa się intensywność pracy aparatu przy zmniejszonej produkcji smoły i koksu.The device according to the invention is provided in the lower part of the reactor with a bubble tube with at least one opening which causes a mixing effect by supplying a working medium, preferably hydrocarbon. The tube may have a free outlet and / or openings, or it may be provided with an additional tube to assist in producing the jet pump effect. The additional pipe preferably has a rectangular cross-section and, in addition, may deviate from the vertical. By supplying the working medium, during the operation of the apparatus, intensive mixing is induced to accelerate the evaporation of the products, dissolution and dispersion of raw materials and heat distribution. As a result, the intensity of the apparatus work increases with the reduced production of tar and coke.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat instalacji, fig. 2 przedstawia część rury barbotażowej z otworami, fig. 3 przedstawia przekrój podłużny urządzenia z dodatkową prostokątną rurą (dla uproszczenia bez elementu grzewczego) a fig. 4 przedstawia przekrój poprzeczny urządzenia pokazanego na fig. 3.The subject of the invention is presented in the drawing, in which Fig. 1 shows a diagram of the installation, Fig. 2 shows a part of a bubble tube with holes, Fig. 3 shows a longitudinal section of the device with an additional rectangular tube (for simplicity, without a heating element) and Fig. 4 shows a cross-section. transverse of the device shown in Fig. 3.

Poniższe przykłady wyjaśniają bliżej sposób według wynalazku nie ograniczając jego zakresu.The following examples explain the process according to the invention in more detail without limiting its scope.

P r z y k ł a d I. Wszystkie prace wykonano z zastosowaniem urządzenia naszkicowanego na rysunku fig. 1. Składało się ono z leżącego zbiornika reaktora 1 w kształcie cylindra o średnicy 2100 mm, długości 4500 mm, grubości ścianki 6 mm obustronnie zamkniętego wspawanymi, płaskimi dennicami 2a i 2b grubości ścianki 10 mm. Zbiornik wzmocniono trzema wręgami. Na górze pośrodku cylindra reaktora 1 znajdował się kołpak 3 o średnicy 400 mm wysokości 1000 mm zamykany pokrywą, w której umieszczono termoparę. Na dole cylindra reaktora 1, w pobliżu pokrywy 2b wspawano króciec 9 o średnicy 150 mm służący do odprowadzania zawiesiny zanieczyszczeń. Zbiornik reaktora 1 wraz z pokrywami i kołpakiem zaizolowano wełną mineralną i folią aluminiową na tyle dokładnie, że obliczoneExample I. All the works were performed using the device sketched in Fig. 1. It consisted of a horizontal cylinder-shaped reactor vessel 1 with a diameter of 2100 mm, length 4500 mm, wall thickness of 6 mm, closed on both sides with welded flat bottoms 2a and 2b a wall thickness of 10 mm. The tank is reinforced with three frames. At the top, in the center of the reactor 1 cylinder, there was a cap 3 with a diameter of 400 mm and a height of 1000 mm, closed with a cover in which a thermocouple was placed. At the bottom of the reactor cylinder 1, near the cover 2b, a stub pipe 9 with a diameter of 150 mm is welded in to remove the suspension of impurities. The reactor tank 1 with its covers and hood was insulated with mineral wool and aluminum foil so precisely that the calculated

PL 209 474 B1 straty energii nie przekraczały 18 kW na godzinę w temperaturze 415°C i umieszczono na ramie urządzenia wagowego 4. W pokrywie przedniej 2a wykonano właz o wymiarach 1400 mm x 800 mm w którym zamontowano element grzejny 15 składają cy się z czterech rur 168,1 mm x 4,5 mm i pią tej 114,3 mm x 4,5 mm wygiętych w kształcie litery U. Na wlocie każdej z tych rur zamontowano palnik 5 zasilany paliwem gazowym E utworzonym w zbiorniku 6 poprzez zmieszanie gazu G propan - butan z nieskroplonymi gazami pochodzącymi z prowadzonego w reaktorze 1 procesu. Łączna moc czterech palników zamontowanych na rurach o średnicy 168,1 mm wynosiła 740 kW. W pokrywie tej w górnej jej części zamontowano też system załadowczy 7 umożliwiający ładowanie tworzyw w zmiennym tempie do około 550 kg/godz. W tylnej pokrywie 2b poza elementami pomiarowymi i kontrolnymi umieszczono dwa króćce: rezerwowy 8 o średnicy 114,3 mm na samym dole dennicy oraz powrotny 10 o średnicy 150 mm służący do powrotu oczyszczonego od zanieczyszczeń złoż a pobranego poprzez króciec 9 i oczyszczonego w urządzeniu 11 służącym do wyłapywania zanieczyszczeń stałych. W koł paku 3 wspawano odpł yw dla oparów wytworzonych w reaktorze 1. Zamontowaną tam nieizolowaną poziomą rurą oparową odprowadzano opary depolimeryzatu do systemu chłodniczego umożliwiającego wykroplenie frakcji olejowej O, benzynowej B i eteru naftowego L gromadzonych w odpowiednich zbiornikach. Frakcja krzepnąca parafin P skroplona w rurze oparowej była odbierana osobno a nieskroplone gazy jak wcześniej wspomniano kierowano do zbiornika 6. Energetyczność i ilość paliwa E regulowano ilością wykroplonej frakcji L oraz ilością doprowadzanego gazu propan - butan. Przez rezerwowy króciec 8 wprowadzono rurę barbotażową 12 z otworami 13 długości 2000 mm, przymocowano ją do wręgi wewnątrz reaktora by nie ulegała przemieszczeniu, jej koniec zaślepiono przyspawaną zatyczką, w której zrobiono otwór średnicy 4 mm. Na zewnątrz reaktora rurę 12 podłączono do zbiornika gazu propan -butan poprzez zawór kulowy służący do regulacji ilości tego gazu. Aparaturę uruchomiono i doprowadzono do stanu normalnej pracy tzn. 240 kg ładowanych tworzyw na godzinę w temperaturze 395°C przy zasilaniu mocą cieplną 52% mocy maksymalnej 740 kW. Dalsze zwiększanie ilości ładowanych tworzyw oraz zwiększanie podawanej mocy cieplnej powoduje wzrost temperatury a w efekcie wzrost ilości produkowanego koksu. Uruchomiono podawanie gazu i po kilku minutach zaobserwowano spadek temperatury w pirolizerze, co umożliwiło zwiększenie podawania mocy cieplnej. Zwiększono moc palników i ilość podawanych tworzyw sztucznych do 289 kg/godz. Osiągnięto ponownie temperaturę 395°C w pirolizerze utrzymując stałą masę aparatury. Z powyższego wynika, że wydajność aparatury wzrosła o ok. 20%.The energy losses did not exceed 18 kW per hour at a temperature of 415 ° C and was placed on the frame of the weighing device 4. In the front cover 2a, a hatch with dimensions of 1400 mm x 800 mm was made with a heating element 15 consisting of four pipes 168.1 mm x 4.5 mm and a fifth of 114.3 mm x 4.5 mm bent in a U-shape. At the inlet of each of these pipes, a burner 5 fed with gas fuel E formed in the tank 6 by mixing the gas G propane - was installed - butane with non-condensable gases from the process carried out in reactor 1. The total power of four burners mounted on pipes with a diameter of 168.1 mm was 740 kW. In this cover, in its upper part, there is also a loading system 7 that enables loading of plastics at a variable rate up to about 550 kg / h. In the rear cover 2b, apart from the measuring and control elements, there are two nozzles: a reserve 8 with a diameter of 114.3 mm at the very bottom of the bottom and a return 10 with a diameter of 150 mm for the return of the deposit cleaned from contamination, collected through the connector 9 and cleaned in the device 11 for for catching solid contaminants. The outflow for vapors generated in reactor 1 was welded in circle 3. An uninsulated horizontal vapor pipe installed there was used to discharge the depolymerizate vapors to the cooling system enabling condensation of the oil fraction O, gasoline B and petroleum ether L collected in appropriate tanks. The solidification fraction of paraffins P condensed in the vapor tube was collected separately and the non-condensed gases, as mentioned above, were directed to the tank 6. The energy and the amount of fuel E were regulated by the amount of condensed L fraction and the amount of propane-butane gas supplied. A bubble tube 12 with holes 13 of 2000 mm long was introduced through the reserve stub pipe 8, it was attached to the rebate inside the reactor so that it would not move, its end was sealed with a welded plug in which a 4 mm diameter hole was made. Outside the reactor, pipe 12 was connected to a propane-butane gas tank through a ball valve to regulate the amount of this gas. The apparatus was put into operation and brought to normal operation, i.e. 240 kg of materials charged per hour at 395 ° C with a thermal power supply of 52% of the maximum power of 740 kW. A further increase in the amount of loaded plastics and an increase in the supplied thermal power cause an increase in temperature and, consequently, an increase in the amount of produced coke. The gas supply was started and after a few minutes a temperature drop in the pyrolyser was observed, which made it possible to increase the heat power supply. The power of the burners and the amount of fed plastics were increased to 289 kg / h. A temperature of 395 [deg.] C. was again reached in the pyrolyser while keeping the weight of the apparatus constant. The above shows that the equipment efficiency increased by approx. 20%.

P r z y k ł a d II. Aparatura jak w przykładzie I.P r z x l a d II. Apparatus as in example I.

Do płaskiej dennicy, przez którą wsunięto element grzejny zamocowano węższym bokiem dodatkową prostokątną rurę 14 ze stali OH18N9T wysokości 1000mm o przekroju 400 mm x 100 mm wykonaną z blachy o grubości 3 mm. Rurę 14 nachylono pod kątem ok. 20° od pionu w kierunku części wlotowej rur grzejnych, tej najsilniej obciążonej cieplnie. Rurę 14 postawiono na dnie aparatu ale oba jej długie boki usunięto od dna na wysokość 100 mm. Przez rezerwowy króciec 8 wprowadzono rurę 12 o wymiarach 17,2 mm x 1,6 mm ze stali 00H18N10 na pełną długość reaktora tak, że jej zaślepiony koniec wsunięto przez otwór średnicy 17,5 mm wykonany w krótszym boku dodatkowej rury prostokątnej 14 pośrodku na wysokości 200 mm licząc od dołu. Rurę 12 przymocowano dodatkowo do obu wręg reaktora. W części rury 12, wsuniętej do wnętrza dodatkowej rury prostokątnej 14 wykonano sześć otworów 13 w górnym boku wiertłem o średnicy 2 mm - pierwszy 50 mm od zaślepionego końca rury 12 a potem każdy następny w odległości 60 mm od poprzedniego. Na zewnątrz rurę 12 podłączono do butli ze skroplonym dwutlenkiem węgla poprzez reduktor obniżający ciśnienie do 0,1 MPa. Aparaturę uruchomiono i doprowadzono do stanu normalnej pracy a następnie otwarto zawór butli i jak poprzednio regulują c ilość gazu, ilość podawanych tworzyw oraz moc grzejną palników znaleziono, że temperatura około 395°C w pirolizerze wymaga podawania 360kg tworzyw na godzinę przy pracy cieplnej palników zasilających szacowanej na 80%. Zaobserwowano większe zużycie gazu zewnętrznego propan - butan służącego jako uzupełnienie gazu własnego pirolizera. Przerób 360 kg//godz tworzyw oznacza wzrost w stosunku do pracy normalnej o 50%.An additional rectangular pipe 14 of 1000mm high OH18N9T steel with a cross section of 400mm x 100mm made of 3mm thick steel was attached to the flat bottom, through which the heating element was inserted. The tube 14 was inclined at an angle of approx. 20 ° from the vertical towards the inlet part of the heating tubes, the one with the highest heat load. The tube 14 was placed on the bottom of the apparatus but both of its long sides were removed from the bottom to a height of 100 mm. A pipe 12 with dimensions of 17.2 mm x 1.6 mm made of 00H18N10 steel was introduced through the reserve stub pipe 8 to the full length of the reactor, so that its blanked end was inserted through a 17.5 mm diameter hole made in the shorter side of the additional rectangular pipe 14 in the middle at the height 200 mm from the bottom. Tube 12 was additionally attached to both reactor frames. In the part of the pipe 12 inserted into the additional rectangular pipe 14, six holes 13 were made in the upper side with a drill with a diameter of 2 mm - the first 50 mm from the plugged end of the pipe 12 and then each subsequent one 60 mm from the previous one. Externally, the tube 12 was connected to a cylinder with liquefied carbon dioxide through a reducer reducing the pressure to 0.1 MPa. The apparatus was started and brought to normal operation, then the cylinder valve was opened and, as before, by regulating the amount of gas, the amount of plastics fed and the heating power of the burners, it was found that the temperature of about 395 ° C in the pyrolyzer requires 360 kg of plastics per hour with the estimated thermal operation of the feeder burners. at 80%. Higher consumption of external gas, propane-butane, serving as a supplement to the pyrolyser's own gas was observed. Throughput of 360 kg / hour of plastics means an increase in relation to normal work by 50%.

Claims

1.A device for pyrolysis of waste plastics consisting of a membrane-heated reactor, a waste plastics dispenser and an outlet for pyrolysis products, the reactor having at least one heating element mounted inside the reaction chamber.

PL 209 474 B1 in the form of a heating pipe with a curvilinear shape with a length to diameter ratio of at least 10, preferably 50-250, having a burner at the inlet of the heating pipe, in its interior, the heating pipe preferably being supported at least one support according to the patent No. 194973, characterized in that a bubble tube (12) with at least one opening (13) is located in the lower part of the reactor (1).

2. The device according to claim The method of claim 1, characterized in that the free end of the bubble tube (12) with holes (13) is positioned inside the additional tube (14).

3. The device according to claim 1 The pipe according to claim 2, characterized in that the additional pipe (14) has a rectangular cross-section.

4. The device according to claim 1 The method according to claim 2 or 3, characterized in that the additional pipe (14) is tilted