(86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/SK10/000003

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (21) Numer zgłoszenia: (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/SK10/ (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego: , WO10/ (51) Int.Cl. B01D 1/22 ( ) (54) Sposób destylacji odpadów ciekłych w destylacyjnej wyparce filmowej (30) Pierwszeństwo: , SK, PUV (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 09/12 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 05/14 (73) Uprawniony z patentu: STIBRANYI LADISLAV, Bratislava, SK TIMAR PAVEL, Bratislava, SK BALES VLADIMIR, Bratislava, SK RATVAJ VLADIMIR, Spisska Nova Ves, SK KRAL RASTISLAV, Harichovce, SK CHOCHOLACEK LUDOVIT, Michalovce-Topoliny, SK (72) Twórca(y) wynalazku: LADISLAV STIBRANYI, Bratislava, SK PAVEL TIMAR, Bratislava, SK VLADIMIR BALES, Bratislava, SK VLADIMIR RATVAJ, Spisska Nova Ves, SK RASTISLAV KRAL, Harichovce, SK LUDOVIT CHOCHOLACEK, Michalovce-Topoliny, SK (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Rafał Witek

2 2 PL B1 Opis wynalazku Dziedzina techniki Wynalazek dotyczy sposobu destylacji odpadów ciekłych oraz układu konstrukcyjnego destylacyjnej wyparki filmowej. Wynalazek należy do dziedziny przetwarzania i odzysku materiałów z odpadów ciekłych. Dotychczasowy stan techniki Współcześnie powstaje problem z likwidacją przemysłowych odpadów ciekłych, do których należą głównie oleje silnikowe, przekładniowe i transformatorowe, odpadowe rozpuszczalniki, odpadowe płyny chłodnicze i hamulcowe oraz ciekłe odpady powstające przy produkcji biodiesla - tzw. faza glicerynowa. Te zużyte lub przepracowane odpady ciekłe najczęściej podlegały spaleniu w spalarniach. Jednak działania legislacyjne uwzględniające środowisko naturalne prowadzą do ograniczenia spalania tych odpadów ciekłych. Dlatego należy poszukiwać rozwiązań ukierunkowanych na odzyskanie materiałów z wyżej wymienionych odpadów ciekłych. W obecnym stanie techniki znane są różne sposoby przetwarzania olejów odpadowych. Jednym z nich jest sposób destylacji olejów. Destylacja olejów odpadowych stanowi bardzo trudną operację technologiczną, ponieważ są one skomplikowaną mieszaniną wysokowrzących węglowodorów, specjalnych dodatków oraz cząstek stałych, które składają się głównie z nagaru, opiłków metalowych części silników i produktów rozkładu w wyniku utleniania oraz termicznej dekompozycji zastosowanych składników. Zwykle w olejach odpadowych znajdują się także resztki paliwa, które przedostało się do oleju podczas eksploatacji silnika. Bardzo częstym składnikiem olejów odpadowych jest woda, która do oleju dostała się w przypadku awarii silnika lub podczas zbierania oleju. Standardowe urządzenia destylacyjne stosowane w przemyśle petrochemicznym jak na przykład różne typy kolumn destylacyjnych z wypełnieniem strukturalnym czy usypowym można wykorzystywać w procesie destylacji olejów odpadowych tylko w ograniczonym zakresie. Wynika to z faktu, że przy ogrzaniu w piecach do wstępnego podgrzewania dochodzi do znacznego rozkładu dodatków zastosowanych w celu uszlachetniania olejów oraz do zanieczyszczania wypełnień destylacyjnych cząstkami stałymi zawartymi w oleju. Podczas ogrzewania oleju przy ciśnieniu atmosferycznym lub w próżni dochodzi do silnego spienienia się wrzącego oleju i przenikaniu oleju nieodparowanego do frakcji destylatu, w związku z tym wykorzystanie tej technologii również jest trudne. Istnieje także technologia odzysku materiałów z oleju odpadowego, w której wykorzystywana jest wyparka molekularna z rozcieranym filmem. Wyparki molekularne są bardzo wrażliwe na osadzanie się cząstek stałych na powierzchniach wymienników ciepła, na których następuje rozcieranie filmu, w technologii tej konieczne jest zastosowanie silnej próżni. Sama wyparka jest urządzeniem trudnym do produkcji i kosztownym, przede wszystkim z punktu widzenia produkcji systemu teflonowego umożliwiającego rozcieranie oraz ze względu na dokładność wykończenia powierzchni, na której dochodzi do rozcierania filmu. Podczas stosowania wyparki próżniowej tego typu na powierzchni wymiennika ciepła dochodzi do spiekania się oleju, ewentualnie do polimeryzacji dodatków, co uniemożliwia przenikanie ciepła do filmu olejowego oraz pogarsza jego rozcieranie mechaniczne. Nowoczesne, ale technicznie bardzo wymagające technologie (MOHAWK, EAST Chicago Indiana USA) wykorzystujące kolumny destylacyjne z przegrodami są efektywne w dużych zakładach przetwarzających dziesiątki tysięcy ton olejów odpadowych rocznie. Na świecie realizowane są jednostki posiadające wydajność roczną do 250 tysięcy ton. Rozpuszczalniki odpadowe powstają w procesach technologicznych np. przy odtłuszczaniu produktów, przy farbowaniu i lakierowaniu produktów itp. Rozpuszczalniki odpadowe zawierają zwykłe rozcieńczalniki stosowane do rozcieńczania farb syntetycznych zawierających np. aceton, izopropanol, etanol, toluen, ksyleny oraz niskowrzące węglowodory. Ten rodzaj odpadów najczęściej wykorzystywany jest w energetyce przez spalanie razem z innymi substancjami palnymi, np. z olejami odpadowymi. Drugą możliwością jest odzysk materiałów, przy którym z rozpuszczalników odpadowych destyluje się substancje bardziej lotne, które można ponownie wykorzystać. Do tego celu najczęściej wykorzystuje się zwykłe urządzenie destylacyjne składające się z kotła i chłodnicy, przy czym praca przebiega w sposób nieciągły. W kotle powstają na ścianach osady, które należy regularnie usuwać. Przetwarzane są względnie duże objętości rozpuszczalników, które najczęściej są substancjami palnymi I. kategorii. W związku z tym istnieje możliwość rozwiązania problemu odzysku materiałów z odpadów ciekłych, do których należą oleje silnikowe, przekładniowe i transformatorowe, ponadto rozpuszczalniki

3 PL B1 3 odpadowe, odpadowe płyny chłodnicze i hamulcowe oraz ciekłe odpady powstające przy produkcji biodiesla - tzw. faza glicerynowa metodą destylacyjną odpowiednią także w przypadku niewielkich przetwarzanych ilości. Wynikiem tych starań jest niżej opisany sposób destylacji odpadów ciekłych oraz destylacyjna wyparka filmowa zaprojektowana na podstawie tego wynalazku. Istota wynalazku Wyżej opisane problemy zostały wyeliminowane dzięki sposobowi destylacji odpadów ciekłych na destylacyjnej wyparce filmowej, która może być także wykonana jako próżniowa na podstawie niniejszego wynalazku, którego istota polega na tym, że przy tym sposobie destylacji odpadów ciekłych są one doprowadzane do ogrzewanej destylacyjnej wyparki filmowej, przy czym destylacja przebiega z cienkiej warstwy (filmu) cieczy spływającej pod wpływem grawitacji w procesie odbioru oparów z wewnętrznych ogrzewanych powierzchni parowania przy ciśnieniu 0,1 kpa do 110 kpa i temperaturze w zakresie od 80 C do 330 C. Odbiór destylowanej pary z wewnętrznych ogrzewanych powierzchni parowania jest współprądowy lub przeciwprądowy uwzględniając kierunek przepływu filmu tworzonego przez ciecz. Przy współprądowym oraz przeciwprądowym przepływie destylowanych par oraz filmu tworzonego przez ciecz można poddać recyklingowi także część substancji pozostałej po destylacji w celu zwiększenia pokrycia powierzchni wymienników ciepła filmem tworzonym przez ciecz. Przy współprądowym przepływie destylowanych par i filmu tworzonego przez ciecz należy dodać separator oddzielający pozostałość po destylacji od par destylatu. W niniejszym sposobie destylacji odpadów ciekłych na podstawie wynalazku wykorzystuje się oleje odpadowe jak olej przekładniowy, olej silnikowy lub olej transformatorowy, ale także rozpuszczalniki odpadowe powstające w procesach technologicznych np. przy odtłuszczaniu produktów, przy farbowaniu i lakierowaniu produktów itp., które zawierają zwykłe rozcieńczalniki stosowane do rozcieńczania farb syntetycznych zawierających np. aceton, izopropanol, etanol, toluen, ksyleny oraz niskowrzące węglowodory. Ponadto w opisywanym sposobie destylacji odpadów ciekłych na podstawie wynalazku wykorzystuje się także odpadowe płyny chłodnicze i hamulcowe oraz ciekłe odpady powstające przy produkcji biodiesla - tzw. faza glicerynowa oraz odpady zawierające glicerynę. Destylacja odpadów ciekłych zachodzi w destylacyjnej wyparce filmowej, która może być atmosferyczna lub próżniowa z chłodnicą par destylacji na wyjściu i odbiorem pozostałości po destylacji. Istota wynalazku polega na tym, że destylacyjna wyparka filmowa odpadów ciekłych składa się ponadto z bloku destylacji, który w wariancie podstawowym składa się przynajmniej z jednej komory destylacyjnej w układzie pionowym z wewnętrzną powierzchnią parowania oraz z bloku ogrzewania zapewniającego przenikanie ciepła do zewnętrznej powierzchni ogrzewanej komory destylacyjnej. Do celów niniejszego wynalazku komorą destylacyjną z wewnętrzną powierzchnią parowania jest rurka o przekroju okręgu, n-boku, falistego okręgu albo okręgu posiadającego wypustki lub żebrowanie. Profil pionowy komory destylacyjnej może być gładki, pofalowany, żebrowany lub z wypustkami. W przypadku większej ilości destylowanych odpadów ciekłych w prosty sposób można równolegle włączyć kilka komór destylacyjnych. Aby zapewnić równomierną dystrybucję filmu cieczy na wewnętrznej powierzchni parowania komory destylacyjnej, górna część czołowa komory destylacyjnej z wewnętrzną powierzchnią parowania musi posiadać dystrybutor napływu odpadu ciekłego na powierzchnię wymiennika ciepła. Optymalne parametry destylacji odpadu ciekłego można osiągnąć nie tylko zmieniając temperaturę i ciśnienie, ale także wielkość powierzchni wymiennika ciepła. Korzyści sposobu destylacji odpadów ciekłych w destylacyjnej wyparce filmowej opartego na wynalazku wynikają z efektów jego działania. Istotną korzyścią jest fakt, że pod względem konstrukcyjnym jest to bardzo proste urządzenie nadające się także dla zakładów niskotonażowych. Z prostej konstrukcji płynie także korzyść, że stopień zanieczyszczania się powierzchni wymienników ciepła jest niski, a ewentualne czyszczenie z osadów w przypadku powierzchni gładkich jest proste. Przy tym sposobie destylacji osiągany jest krótki czas przebywania cieczy w urządzeniu, dzięki czemu ciecz jest poddana ekspozycji na wysoką temperaturę przez krótki czas. Dzięki temu osiągana jest wyższa jakość produktu destylacji. W wariancie destylacyjnej wyparki filmowej odpadów ciekłych ze współprądowym przepływem destylowanych par i filmu cieczowego z włączonym separatorem destylowanych par oleju i pozostałości po destylacji, dochodzi do oddzielenia frakcji pary od pozostałości po destylacji. - Opis ilustracji w części rysunkowej Konstrukcja próżniowej destylacyjnej wyparki filmowej odpadów ciekłych przewidziana w wynalazku zostanie bliżej wyjaśniona na załączonej części rysunkowej, gdzie na ilustracji nr 1 przedstawiono rozwiązanie konstrukcyjne próżniowej destylacyjnej wyparki filmowej odpadów ciekłych z przeciwprądowym

4 4 PL B1 przepływem destylowanych par w stosunku do kierunku przepływu filmu cieczowego. Na ilustracji nr 2 przedstawiono rozwiązanie konstrukcyjne próżniowej destylacyjnej wyparki filmowej odpadów ciekłych ze współprądowym przepływem destylowanych par w stosunku do kierunku przepływu filmu cieczowego. P r z y k ł a d y wykonania Należy rozumieć, że poszczególne wykonania wynalazku zostały przedstawione do celów ilustracyjnych, a nie jako ograniczenie wynalazku. Specjaliści zorientowani w stanie techniki znajdą lub będą w stanie znaleźć w drodze rutynowych eksperymentów wiele ekwiwalentów dla charakterystycznych wykonań wynalazku, które zostaną tu specjalnie opisane. Również te ekwiwalenty zostaną ujęte w poniższych zastrzeżeniach. Dla specjalistów zorientowanych w stanie techniki nie będzie problemem zwymiarowanie takiego urządzenia i odpowiedni wybór materiałów oraz układu konstrukcyjnego, dlatego cechy te nie zostały szczegółowo opisane. P r z y k ł a d 1 W tym przykładzie konkretnego wykonania przedmiotu wynalazku opisano jeden optymalny sposób destylacji odpadowych maszynowych olejów smarnych (przekładniowych) zgodnie z wynalazkiem. W przypadku tego sposobu destylacji olejów odpadowych olej odpadowy doprowadzany jest do ogrzewanej próżniowej destylacyjnej wyparki filmowej. Destylacja oleju zachodzi z cienkowarstwowego filmu olejowego spływającego pod wpływem sił grawitacji przy odbiorze par z wewnętrznych ogrzewanych powierzchni parowania przy ciśnieniu 0,1 kpa i temperaturze 330 C. Odbiór pary z wewnętrznych ogrzewanych powierzchni parowania jest współprądowy uwzględniając kierunek przepływu filmu tworzonego przez ciecz. W tych warunkach można osiągnąć 60%-ową skuteczność destylacji. W wariantowym sposobie odbiór pary z wewnętrznych ogrzewanych powierzchni parowania może być przeciwprądowy uwzględniając kierunek przepływu filmu tworzonego przez ciecz. W ten sposób można w porównywalnych warunkach technologicznych przeprowadzać destylację także odpadowych płynów hamulcowych. P r z y k ł a d 2 W tym przykładzie konkretnego wykonania przedmiotu wynalazku opisano drugi optymalny sposób destylacji odpadowych olejów transformatorowych zgodnie z wynalazkiem. W przypadku tego sposobu destylacji olejów odpadowych olej odpadowy doprowadzany jest do ogrzewanej próżniowej destylacyjnej wyparki filmowej. Destylacja oleju zachodzi z cienkowarstwowego filmu olejowego spływającego pod wpływem sił grawitacji przy odbiorze par z wewnętrznych ogrzewanych powierzchni parowania przy ciśnieniu 5 kpa i temperaturze 220 C. Odbiór pary z wewnętrznych ogrzewanych powierzchni parowania jest współprądowy uwzględniając kierunek przepływu filmu tworzonego przez ciecz. W tych warunkach można osiągnąć 95%-ową skuteczność destylacji. W wariantowym sposobie odbiór pary z wewnętrznych ogrzewanych powierzchni parowania może być przeciwprądowy uwzględniając kierunek przepływu filmu tworzonego przez ciecz. W ten sposób można w porównywalnych warunkach technologicznych przeprowadzać destylację także odpadów ciekłych zawierających glicerynę. P r z y k ł a d 3 W tym przykładzie konkretnego wykonania przedmiotu wynalazku opisano trzeci optymalny sposób destylacji odpadowych olejów silnikowych zgodnie z wynalazkiem. W przypadku tego sposobu destylacji olejów odpadowych olej odpadowy doprowadzany jest do ogrzewanej próżniowej destylacyjnej wyparki filmowej. Destylacja oleju zachodzi z cienkowarstwowego filmu olejowego spływającego pod wpływem sił grawitacji przy odbiorze par z wewnętrznych ogrzewanych powierzchni parowania przy ciśnieniu 0,5 kpa i temperaturze 290 C. Odbiór pary z wewnętrznych ogrzewanych powierzchni parowania jest współprądowy uwzględniając kierunek przepływu filmu tworzonego przez ciecz. W tych warunkach można osiągnąć 75%-ową skuteczność destylacji. W wariantowym sposobie odbiór pary z wewnętrznych ogrzewanych powierzchni parowania może być przeciwprądowy uwzględniając kierunek przepływu filmu tworzonego przez ciecz. P r z y k ł a d 4 W tym przykładzie konkretnego wykonania przedmiotu wynalazku opisano podstawowe rozwiązanie konstrukcyjne próżniowej destylacyjnej wyparki filmowej oleju odpadowego przedstawione na załączonej ilustracji nr 1. Próżniowa destylacyjna wyparka filmowa zgodnie z wynalazkiem składa się z bloku destylacji - kolumny destylacyjnej, który składa się z jednej komory destylacyjnej w układzie pionowym 5 z wewnętrzną powierzchnią parowania 6 oraz z bloku 4 ogrzewania zapewniającego przenikanie ciepła do zewnętrznej powierzchni ogrzewanej komory destylacyjnej 5. Komorą destylacyjną 5 z wewnętrzną powierzchnią parowania 6 jest w tym przypadku rurka gładka o profilu walca. Aby zapewnić

5 PL B1 5 równomierny rozkład filmu olejowego na wewnętrznej powierzchni parowania 6 komory destylacyjnej 5, górna czołowa część komory destylacyjnej 5 z wewnętrzną powierzchnią parowania 6 posiada dystrybutor górnego napływu oleju odpadowego z zasobnika 1 oleju odpadowego. Próżniowa destylacyjna wyparka filmowa jest uzupełniona o standardową chłodnicę 2 oraz kondensator oleju na wyjściu par destylowanych z zasobnikiem 3 oleju destylowanego. Również za separatorem 7 z obiegiem recyrkulacji oleju 9 posiada wypust pozostałości po destylacji do zasobnika pozostałości po destylacji 8. Konstrukcyjnie jest dostosowana do przeciwprądowego przepływu par destylowanych uwzględniając kierunek przepływu filmu tworzonego przez ciecz. Jest również dostosowana do przyłączenia wyciągu w przypadku destylacji próżniowej. Poszycie próżniowej destylacyjnej wyparki filmowej jest izolowane cieplnie. Ponadto posiada wszystkie wymagane elementy aparatury kontrolno-pomiarowej i automatyki. W wariancie konstrukcji można zastosować także komorę destylacji 5 o przekroju n-boku, falistego okręgu, okręgu z wypustkami lub żebrowaniem o profilu pionowym gładkim, falistym, żebrowanym lub z wypustkami. W innym wariancie konstrukcyjnym można zastosować także destylacyjną wyparkę filmową bez próżni. P r z y k ł a d 5 W tym przykładzie konkretnego wykonania przedmiotu wynalazku opisano pochodne rozwiązanie konstrukcyjne próżniowej destylacyjnej wyparki filmowej oleju odpadowego przedstawione na załączonej ilustracji nr 2 dla większych ilości destylowanego oleju odpadowego. Próżniowa destylacyjna wyparka filmowa zgodnie z wynalazkiem również składa się z bloku destylacji, który tworzy układ pionowych komór destylacyjnych 5 z wewnętrznymi powierzchniami parowania 6, ponadto składa się z bloku 4 ogrzewania zapewniającego przenikanie ciepła na zewnętrzne powierzchnie grzania komór destylacyjnych 5. Komorą destylacyjną 5 z wewnętrzną powierzchnią parowania 6 jest w tym przypadku rurka o przekroju kołowym z profilem pofalowanym pionowo. Aby zapewnić równomierny rozkład filmu olejowego na wewnętrznej powierzchni parowania 6 komory destylacyjnej 5, górna czołowa część komory destylacyjnej 5 z wewnętrzną powierzchnią parowania 6 posiada dystrybutor górnego napływu oleju odpadowego z zasobnika oleju odpadowego 1. Konstrukcyjnie jest dostosowana do współprądowego przepływu par destylowanych uwzględniając kierunek przepływu filmu tworzonego przez ciecz. Próżniowa destylacyjna wyparka filmowa na wyjściu par destylowanych za separatorem 7 z obwodem recyrkulacji oleju 9 posiada wypust pozostałości po destylacji do zasobnika na pozostałości po destylacji 8 oraz chłodnicę 2 i kondensator oleju, jak również wypust destylowanego oleju do zasobnika oleju destylowanego 3. Jest również dostosowana do przyłączenia wyciągu. Poszycie próżniowej destylacyjnej wyparki filmowej jest izolowane cieplnie. Ponadto posiada wszystkie wymagane elementy aparatury kontrolno-pomiarowej i automatyki. Taki układ można wykorzystać w celu poprawy pokrycia filmem olejowym całej powierzchni parowania. Wartość recyrkulacji może wahać się w granicach od 1:1 do 1:10. W wariancie konstrukcji można zastosować także komorę destylacji 5 o przekroju n-boku, falistego okręgu, okręgu z wypustkami lub żebrowaniem o profilu pionowym gładkim, falistym, żebrowanym lub z wypustkami. W innym wariancie konstrukcyjnym można zastosować także destylacyjną wyparkę filmową bez próżni. Możliwość wykorzystania przemysłowego Sposób destylacji odpadów ciekłych oraz próżniowa lub atmosferyczna destylacyjna wyparka filmowa zgodnie z wynalazkiem znajduje zastosowanie przy odzysku materiałów z odpadów ciekłych. Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób destylacji odpadów ciekłych przy ciśnieniu 0,1 kpa do 110 kpa i temperaturze par w zakresie od 80 C do 330 C, znamienny tym, że odpady ciekłe doprowadzane są do ogrzewanej destylacyjnej wyparki filmowej, przy czym destylacja przebiega z cienkiej warstwy (filmu) cieczy spływającej pod wpływem sił grawitacji z odbiorem par z wewnętrznych ogrzewanych powierzchni parowania. 2. Sposób destylacji olejów odpadowych według zastrz. 1, znamienny tym, że odbiór par z wewnętrznych ogrzewanych powierzchni parowania jest współprądowy uwzględniając kierunek przepływu filmu tworzonego przez ciecz.

6 6 PL B1 3. Sposób destylacji olejów odpadowych według zastrz. 1, znamienny tym, że odbiór par z wewnętrznych ogrzewanych powierzchni parowania jest przeciwprądowy uwzględniając kierunek przepływu filmu tworzonego przez ciecz. 4. Sposób destylacji olejów odpadowych według zastrz. 1, znamienny tym, że odpadem ciekłym są odpady powstające przy produkcji biodiesla - tzw. faza glicerynowa lub odpady zawierające glicerynę. 5. Destylacyjna wyparka filmowa odpadów ciekłych z chłodnicą par destylacyjnych, znamienna tym, że tworzy ją blok destylacyjny, który składa się przynajmniej z jednej komory destylacji w układzie pionowym (5) z wewnętrzną powierzchnią parowania (6) oraz z bloku (4) ogrzewania zapewniającego przenikanie ciepła do zewnętrznej powierzchni ogrzewanej komory destylacyjnej (5), przy czym górna czołowa część komory destylacyjnej (5) z wewnętrzną powierzchnią parowania (6) posiada dystrybutor napływu odpadów ciekłych na powierzchnię wymiennika ciepła. 6. Destylacyjna wyparka filmowa odpadów ciekłych według zastrz. 5, znamienna tym, że komorą destylacyjną (5) z wewnętrzną powierzchnią parowania (6) jest rurka o przekroju okręgu, n-boku, falistego okręgu, okręgu z wypustkami lub żebrowaniem. 7. Destylacyjna wyparka filmowa odpadów ciekłych według zastrz. 5, znamienna tym, że komora destylacyjna (5) z wewnętrzną powierzchnią parowania (6) posiada profil pionowy w postaci powierzchni gładkiej, powierzchni falistej, powierzchni żebrowanej lub powierzchni posiadającej wypustki. 8. Destylacyjna wyparka filmowa odpadów ciekłych według co najmniej jednego spośród zastrz. od 5 do 7, znamienna tym, że jest próżniowa.

7 PL B1 7 Rysunki FIG. i

8 8 PL B1 RG.2 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)