PL B1. POLITECHNIKA GDAŃSKA, Gdańsk, PL

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) Int.Cl. C10B 53/07 ( ) C10G 1/10 ( ) B09B 3/00 ( ) C08J 11/10 ( ) (54) Sposób recyklingu opon samochodowych (73) Uprawniony z patentu: POLITECHNIKA GDAŃSKA, Gdańsk, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 01/11 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 06/14 (72) Twórca(y) wynalazku: WITOLD M. LEWANDOWSKI, Gdańsk, PL TADEUSZ KONDLEWSKI, Bojano, PL EWA KLUGMANN-RADZIEMSKA, Gdańsk, PL LEOPOLD LEWANDOWSKI, Gdańsk, PL MICHAŁ RYMS, Rumia, PL PIOTR MELER, Sopot, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Czesław Popławski

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób recyklingu opon samochodowych na drodze pirolitycznej, który prowadzony jest w taki sposób, że produktem końcowym są frakcje ciekłych węglowodorów, węgiel aktywny o silnie rozwiniętej powierzchni absorpcyjnej oraz elementy metalowe w postaci złomu stalowego. Znane są dotychczas sposoby utylizacji opon samochodowych prowadzone w urządzeniach do recyklingu sprowadzających się do trzech podstawowych rodzajów recyklingu: energetycznego, materiałowego i chemicznego. Znany jest recykling energetyczny, polegający na spalaniu opon, na przykład w piecach rurowych do wypalania cementu. Sposób ten nie wymaga doprowadzania energii, daje umiarkowany zysk, jednak nie jest obojętny dla środowiska. Istotną niedogodnością tego sposobu jest to, że siarka, dodawana do gumy jako środek sieciujący, przechodzi ze spalinami do atmosfery w postaci tlenków siarki. Koszty zastosowania instalacji odsiarczającej w tym wypadku przewyższają zyski uzyskane z zastąpienia węgla oponami. Znany jest recykling materiałowy, polegający na mieleniu opon i oddzieleniu zmielonej gumy od kordu i złomu stalowego. Sposób ten jest operacją bardzo energochłonną i tym samym drogą. Uzyskany surowiec gumowy, złom i kord, ze względu na złą jakość, nie jest w stanie zapewnić samofinansowania tej technologii, ani tym bardziej zysku. Odpad gumowy częściowo można dodawać do wyrobów gumowych, ale takich których funkcje są mniej odpowiedzialne jak na przykład wycieraczki do butów, odbojniki do drzwi itp. Natomiast złom stalowy nie może być sprzedawany hutom ze względu na zawartość gumy i siarki, które muszą być wypalane. Jedynie zmielony kord można dalej wykorzystać jako pochłaniacz wycieków ropy na morzu i na lądzie, jednakże później staje się on już uciążliwym odpadem. Znany jest również recykling chemiczny, który jest odmianą recyklingu materiałowego, ale nie prowadzi do uzyskania surowców wtórnych na przykład polimerów, lecz do związków pierwotnych na przykład monomerów, węgla, węglowodorów, wodoru, tlenku węgla, metali itp. Najczęściej recykling ten prowadzi się w podwyższonej temperaturze, w procesie pirolizy, karbonizacji lub zgazowania. W przypadku opon najkorzystniejszym produktem końcowym są ciekłe węglowodory i ich powinno być jak najwięcej. W dotychczasowych technologiach recyklingu opon otrzymanie znacznych ilości węglowodorów udało się zrealizować jedynie dla zmielonych opon. Znany jest sposób pirolizy całych opon samochodowych, który prowadzony jest w jednym reaktorze w sposób quasi ciągły. W sposobie tym do reaktora wstawia się zamknięty wkład z oponami. Po skończonym procesie wkład ten wyjmuje się do stygnięcia, a w jego miejsce wprowadza się wkład z kolejnymi oponami. W trakcie stygnięcia wkładu opróżnia się zimny już wkład i napełnia go nowymi oponami. W ten sposób trzy wkłady zapewniają ciągły recykling opon, jednak technologia ta nie jest ciągła. Każdy wkład ma indywidualny system chłodzenia oraz odprowadzenia oleju i gazu, co znacznie zwiększa koszty operacji technologicznych. Grzanie elektryczne pozwala na łatwą regulację, jest czyste dla obsługi, ale kosztowne i trudne do przyjęcia z ekologicznego punktu widzenia, gdy jednocześnie jest niewykorzystany odpadowy gaz palny. Można wprawdzie gazem tym napędzać silnik, połączony z generatorem i produkować własną energię elektryczną, ale po uwzględnieniu sprawności konwersji, strat ciepła z ogrzanego silnika oraz konieczności jego chłodzenia niewiele się ostatecznie zyskuje. W sposobie tym otrzymany olej jest mieszaniną frakcji: lekkiej, średniej i ciężkiej różnych węglowodorów i wymaga on dalszej rektyfikacji, co stanowi kolejny energochłonny proces, który zwiększa koszty. Kolejna wada tej technologii to zła jakość węgla, który ma zbyt mało rozwiniętą powierzchnię, aby mógł być węglem absorpcyjnym, napełniaczem tworzyw sztucznych lub gumy. Sposób recyklingu opon samochodowych według wynalazku polega na tym, że do zamkniętego hermetycznego aparatu wprowadza się z zasobnika poprzez zamknięcie hydrauliczne opony samochodowe, a następnie w sekcji pirolitycznej tego hermetycznego aparatu ogrzewa się je przy pomocy przeponowego wymiennika ciepła do temperatury C w czasie nie dłuższym niż minut. Ogrzane opony samochodowe przesuwa się do sekcji aktywacji węgla, gdzie ogrzewa się je płytowym wymiennikiem ciepła do temperatury C w czasie nie dłuższym niż minut. Następnie zwęglone opony samochodowe przesuwa się przy pomocy transportowych urządzeń mechanicznych do sekcji chłodzenia i chłodzi się przy pomocy drugich chłodnic wodnych i chłodnic powietrznych, po czym kruszy się je przy użyciu kruszących urządzeń mechanicznych i oddziela się uzyskany aktywny węgiel od elementów metalowych. Uzyskany aktywny węgiel poprzez zawory ko-

3 PL B1 3 rzystnie zawory wiatraczkowe transportuje się do zbiorników aktywnego węgla. Elementy metalowe odprowadza się przy pomocy przenośnika ślimakowego do pojemników na odpadowe elementy metalowe. Powstające w wyniku pirolizy gazowe węglowodory chłodzi się pierwszymi chłodnicami wodnymi umieszczonymi wewnątrz hermetycznego aparatu. Uzyskane ciekłe węglowodory w postaci frakcji olejowych poprzez zamknięcie hydrauliczne odprowadza się do zbiorników olejowych. Nieskroplone gazowe węglowodory jako gaz palny przy pomocy sprężarki poprzez zamknięcie hydrauliczne kieruje się do pieca, z którego uzyskane gorące spaliny kieruje się w pierwszej kolejności do płytowego wymiennika ciepła, po czym te spaliny kieruje się do przeponowego wymiennika ciepła. Korzystnie pierwsze chłodnice wodne rozmieszcza się na różnej wysokości hermetycznego aparatu i odbiera się z nich różne frakcje olejowe. Korzystnie utrzymuje się w obiegu zamkniętym przepływ wody przez pierwsze chłodnice wodne, przez drugie chłodnice wodne oraz przez zamknięcie hydrauliczne do zasobnika. Dzięki stosowaniu sposobu według wynalazku uzyskuje się ciągłość procesu. W jednym ciągu technologicznym zachodzi suszenie opon, ich piroliza i aktywacja węgla, mielenie, oddzielenie elementów metalowych. Wszystkie te operacje prowadzone są bez chłodzenia i otwierania aparatu oraz jego napowietrzania i bez konieczności ponownego ogrzewania wsadu. Ponadto w większym stopniu wykorzystuje się dostarczone do procesu ciepło. Powstający gaz jest wykorzystany bezpośrednio na potrzeby procesu, a ponadto woda krąży w obiegu zamkniętym. Wynalazek objaśniony jest bliżej na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat linii technologicznej do ciągłej pirolizy opon samochodowych, a fig. 2 przedstawia schemat pierwszych chłodnic wodnych. Proces technologiczny rozpoczyna się od wprowadzania pojedynczo kolejnych opon samochodowych do zasobnika 2, z którego poziomym kanałem przemieszczają się one poprzez zamknięcie hydrauliczne 3, które wypełnia się wodą, do hermetycznego aparatu 1. Podczas obrotu opon samochodowych do położenia pionowego następuje usunięcie z nich powietrza i zmycie piasku. Następnie przenośnik zgrzebłowy, nie zamieszczony na rysunku, podnosi kolejną najniższą oponę, która unosząc się przesuwa wszystkie pozostałe ku górze. Po wynurzeniu się opony samochodowej następuje jej osuszenie dzięki wysokiej temperaturze panującej na szczycie hermetycznego aparatu 1. Następnie w sekcji pirolitycznej hermetycznego aparatu 1 ogrzewa się opony samochodowe poprzez przeponowy wymiennik ciepła 4 do temperatury 520 C. Duża powierzchnia wymiany ciepła, którą tworzą boczne ścianki stykające się z bokami opon samochodowych oraz dno, po którym toczą się te opony, a także wysoka temperatura powoduje, że proces nagrzewania i pirolizy przebiega szybko. Jak pokazano na fig. 1 sekcja pirolityczna hermetycznego aparatu 1 stopniowo zwęża się oraz zmniejsza swoją wysokość. Powstające w wyniku pirolizy ciekłe węglowodory skrapla się na pierwszych chłodnicach wodnych 11. Schemat jednej z nich jest zamieszczony na fig. 2. Pierwsze chłodnice wodne 11 składają się z dwóch koncentrycznych rur: zamkniętej rury zewnętrznej 15 i otwartej rury wewnętrznej 16. Woda chłodząca doprowadzana jest rurą zewnętrzną 15, na zewnętrznej powierzchni, w której rozmieszczone są kołowo pionowe radiatory 18, na których skraplają się ciekłe węglowodory, które ściekają do poziomej rynny 17. Ogrzana woda opuszcza chłodnicę rurą wewnętrzną 16, a ciekłe węglowodory króćcem 19 z zamknięciem hydraulicznym. Pierwsze chłodnice wodne 11 rozmieszcza się na różnej wysokości hermetycznego aparatu 1 w dwóch sekcjach, dzięki temu można osobno zbierać dwie frakcje ciekłych węglowodorów tj. oleju lekkiego i oleju ciężkiego. Ciekłe węglowodory w postaci frakcji olejowych poprzez zamknięcie hydrauliczne odprowadza się do zbiorników olejowych. Frakcja węglowodorów, która nie uległa skropleniu, stanowi wraz z wodorem i śladowymi ilościami tlenku oraz dwutlenku węgla i pary wodnej, gaz palny, który wydostaje się poprzez zamknięcie hydrauliczne króćcem i za pomocą sprężarki trafia do zbiornika gazu, skąd przekazuje się go do zasilania pieca 8. Wypływającymi z hermetycznego aparatu 1 spalinami ogrzewa się opony samochodowe poprzez płytowy wymiennik ciepła 5 i przeponowy wymiennik ciepła 4. Nadmiarowy gaz spalany w silniku, połączonym z generatorem, wykorzystywany jest do wytwarzania energii elektrycznej, zużywanej następnie do zasilania silników urządzeń mechanicznych linii technologicznej. Ten blok, jako pomocniczy, nie został pokazany na fig. 1. Prędkość przemieszczania toczących się opon oraz długość sekcji pirolitycznej aparatu, ogrzewanej przeponowym wymiennikiem ciepła 4, dobiera się tak, aby każda opona samochodowa przebywała w tej sekcji od 2 do 2,5 godziny.

4 4 PL B1 Z sekcji pirolitycznej opony samochodowe przekazuje się do sekcji aktywacji węgla, w której utrzymuje się temperaturę 780 C. Temperaturę tę utrzymuje się przy pomocy spalin bezpośrednio doprowadzanych z pieca 8 do płytowego wymiennika ciepła 5. Spaliny z płytowego wymiennika ciepła 5 trafiają do przeponowego wymiennika ciepła 4, a następnie poprzez regeneracyjny wymiennik ciepła 10 do komina, którego nie pokazano na fig. 1. Prędkość przemieszczania się opon oraz długość sekcji aktywacji węgla, ogrzewanej płytowym wymiennikiem ciepła 5, dobiera się tak, aby każda opona samochodowa przebywała w tej sekcji od 2 do 2,5 godziny. Z sekcji aktywacji węgla zwęglone opony samochodowe, wewnątrz których znajdują się nadal elementy metalowe, przemieszczane są układem pionowych, pracujących parami, ryflowanych walców do sekcji chłodzenia, gdzie w trakcie chłodzenia, ulegają skruszeniu do postaci rozdrobnionego węgla aktywnego, który transportuje się przenośnikiem ślimakowym 7. Ostatnia para walców przepuszcza już tylko elementy metalowe tj. zwoje kordu stalowego oraz obręczówki, do zamkniętego pojemnika na odpadowe elementy metalowe. Chłodzenie w sekcji chłodzenia realizuje się przy użyciu drugich wodnych chłodnic 13 i chłodnic powietrznych 12. Przenośnik ślimakowy 7, o zwężającym się przekroju poprzecznym i perforowanym dnie, o zmiennej wielkości otworów, miele węgiel aktywny i przesiewa rozdzielając na frakcje o różnej wielkości ziarna. Aktywny węgiel, poprzez zawory wiatraczkowe 6, kieruje się do zbiorników aktywnego węgla stanowiących zbiorniki magazynowe. Układ elektromagnesów, niewidoczny na rysunku, wyłapuje przypadkowe wtrącenia elementów stalowych w węglu aktywnym. Wodę z piaskiem z zamknięcia hydraulicznego 3 kieruje się do odstojnika 14, skąd oddzielony piasek trafia do pojemnika. Wodę natomiast chłodzi się w chłodnicy powietrznej 9, skąd trafia do pierwszych chłodnic wodnych 11, przedstawionych szczegółowo na fig. 2, umieszczonych wewnątrz hermetycznego aparatu 1. Z pierwszych chłodnic wodnych 11 woda trafia do drugich chłodnic wodnych 13, a następnie do zamknięcia hydraulicznego 3, gdzie częściowo schładza się, oddając ciepło oponom samochodowym, a następnie pompowana jest ponownie do chłodnicy powietrznej 9. Obieg powietrza jest następujący. Wentylator przetłacza powietrze atmosferyczne przez chłodnicę powietrzną 9 do regeneracyjnego wymiennika ciepła 10, przez który przeponowo przepływają spaliny po opuszczeniu przeponowego wymiennika ciepła 4, a następnie do powietrznych chłodnic 12, po czym ogrzane powietrze tłoczone jest do pieca 8, w atmosferze którego spalany jest gaz palny. Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób recyklingu opon samochodowych, polegający na pirolizie opon samochodowych, znamienny tym, że do zamkniętego hermetycznego aparatu (1) wprowadza się z zasobnika (2) poprzez zamknięcie hydrauliczne (3) opony samochodowe, a następnie w sekcji pirolitycznej tego hermetycznego aparatu (1) ogrzewa się je przy pomocy przeponowego wymiennika ciepła (4) do temperatury C w czasie nie dłuższym niż minut, po czym ogrzane opony samochodowe przesuwa się do sekcji aktywacji węgla, gdzie ogrzewa się je płytowym wymiennikiem ciepła (5) do temperatury C w czasie nie dłuższym niż minut, a następnie zwęglone opony samochodowe przesuwa się przy pomocy transportowych urządzeń mechanicznych do sekcji chłodzenia i chłodzi się przy pomocy drugich chłodnic wodnych (13) i chłodnic powietrznych (12), po czym kruszy się je przy użyciu kruszących urządzeń mechanicznych i oddziela się uzyskany aktywny węgiel od elementów metalowych, a następnie uzyskany aktywny węgiel poprzez zawory, korzystnie zawory wiatraczkowe (6) transportuje się do zbiorników aktywnego węgla, zaś elementy metalowe odprowadza się przy pomocy przenośnika ślimakowego (7) do pojemników na odpadowe elementy metalowe, przy czym powstające w wyniku pirolizy gazowe węglowodory chłodzi się pierwszymi chłodnicami wodnymi (11) umieszczonymi wewnątrz hermetycznego aparatu (1), a uzyskane ciekłe węglowodory w postaci frakcji olejowych poprzez zamknięcie hydrauliczne odprowadza się do zbiorników olejowych, zaś nieskroplone gazowe węglowodory jako gaz palny przy pomocy sprężarki poprzez zamknięcie hydrauliczne kieruje się do pieca (8), z którego uzyskane gorące spaliny kieruje się w pierwszej kolejności do płytowego wymiennika ciepła (5), po czym te spaliny kieruje się do przeponowego wymiennika ciepła (4).

5 PL B Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwsze chłodnice wodne (11), rozmieszcza się na różnej wysokości hermetycznego aparatu (1) i odbiera się z nich różne frakcje olejowe. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że utrzymuje się w obiegu zamkniętym przepływ wody przez pierwsze chłodnice wodne (11) i drugie chłodnice wodne (13) oraz zamknięcie hydrauliczne (3) do odstojnika (14). Rysunki

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)