Terciárna recyklačná technológia BLOWDEC - aktuálne prevádzkové ...
Terciárna recyklačná technológia BLOWDEC - aktuálne prevádzkové ...
Terciárna recyklačná technológia BLOWDEC - aktuálne prevádzkové ...
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
<strong>Terciárna</strong> <strong>recyklačná</strong> <strong>technológia</strong> <strong>BLOWDEC</strong> - <strong>aktuálne</strong><br />
<strong>prevádzkové</strong> skúsenosti zo spracovania rafinérskych odpadov<br />
(slopy, odpadové ťažké uhľovodíky), odpadových dechtov a<br />
odpadov z výrobkov na báze ropy (polyolefíny, elestoméry,<br />
neenergetické a obrábacia oleje a ich vodné emulzie).<br />
Ivan Maďar 1 , Martin Juriga 2 ,Dušan Šesták 3<br />
1 Roil Trade s.r.o., Krížna 12, 811 07 Bratislava, SK, ima@blowdec.sk<br />
2 Ústav procesného a fluidného inžinierstva, Strojnícka fakulta, Slovenská technická univerzita<br />
v Bratislave, 81231 Bratislava, SK, martin.juriga@stuba.sk<br />
3 Roil Trade s.r.o., Krížna 12, 811 07 Bratislava, SK, duss@blowdec.sk<br />
Abstrakt<br />
Predkladaný príspevok prezentuje výsledky a <strong>prevádzkové</strong> skúsenosti s technológiou<br />
<strong>BLOWDEC</strong> pri spracovaní vybraných uhľovodíkových odpadov. Samotná <strong>technológia</strong><br />
<strong>BLOWDEC</strong> je odvodená z pôvodného slovenského patentu a je určené na recykláciu<br />
odpadov s vysokým obsahom organických podielov, najmä uhľovodíkov. Technológia je<br />
overená pre spracovanie rôznych ropných kalov, skvapalňovanie zmesových odpadových<br />
plastov a gumy, pri regenerácii odpadových minerálnych olejov, štiepenií ťažkých<br />
uhľovodíkov a pri spracovaní olejonosných bridlíc a pieskov. V samotnom príspevku sú<br />
uvedené údaje z testovania zmesných odpadových plastov, gumy a odpadových pneumatík<br />
ako aj z odpadových olejov.<br />
1.Úvod<br />
Recyklácia odpadov a olejových kalov vznikajúcich pri ťažbe, doprave a spracovaní<br />
ropy a recyklácia odpadov ktoré vznikli z výrobkov na báze ropy (guma, oleje, plasty) sú<br />
oblasti pre ktoré bol proces <strong>BLOWDEC</strong> vyvinutý.<br />
Väčšina odpadov s obsahom uhľovodíkov vznikajúcich pri ťažbe, doprave a<br />
spracovaní ropy, ako aj pri používaní ropných produktov je zmes olej - voda - tuhá látka.<br />
Jednotlivé druhy odpadov sa líšia iba rôznym pomerom jednotlivých zložiek a stabilitou<br />
disperzného systému, ktorým odpad často je. Zo širokého spektra takýchto odpadov krajnými<br />
príkladmi sú odpadový motorový olej na jednej strane a odvodnený olejový kal z rafinérie na<br />
druhej. Oba druhy odpadov je možné úspešne v procese <strong>BLOWDEC</strong> spracovať a zároveň<br />
získať olej späť. Keďže v procese dochádza aj ku krakovaniu prítomných uhľovodíkov,<br />
ekonomická hodnota získaného oleja je zaujímavá.<br />
ODPADOVÉ FÓRUM 2011 13. - 15. dubna 2011, Kouty nad Desnou
2. Princíp procesu a funkcie reaktora<br />
Základným princípom procesu zhodnotenia odpadov a deštrukcie aditívnych látok je<br />
ich spracovanie v horúcom vírivom lôžku vytvorenom z tuhých častíc ( napríklad v horúcom<br />
piesku ) v špeciálnom zariadení - reaktore <strong>BLOWDEC</strong>. Pri spracovaní odpadov s obsahom<br />
kvapalných a tuhých uhľovodíkov dochádza súčasne so separáciou kvapalných podielov ku<br />
krakovaniu uhľovodíkov na ekonomicky zaujímaný produkt. Chemický reaktor podľa<br />
vynálezu [1] predstavuje principiálne nóvum v technickej oblasti chemických reaktorov pre<br />
štiepne a separačné procesy.<br />
Kľúčovým uzlom zariadenia je špeciálna procesná komora – reaktor <strong>BLOWDEC</strong>.<br />
(Obr. 1). Svojou konštrukciou pripomína kladivový mlyn. Reaktor pozostáva z plynotesnej<br />
valcovej komory a rotora unášajúceho oteruvzdorné (napr. keramické) lopatky. Otáčavý<br />
pohyb rotora v procesnej komore zabezpečuje vhodný motor. Otáčavý pohyb lopatiek rotora v<br />
reakčnej komore spôsobuje intenzívne miešanie a vírenie reakčnej zmesi zloženej z tuhej<br />
anorganickej látky (piesok) a organickej zložky (tuhé/kvapalné uhľovodíky). V dôsledku<br />
trenia lopatiek rotora o reakčnú zmes a vzniku hydrodynamických síl sa generuje teplo.<br />
Častice tuhej anorganickej látky, napríklad piesku, zároveň vytvárajú pri valcovej stene<br />
komory vírivé horúce „lôžko“ s fluidnými vlastnosťami. Zásadnú úlohu zohráva aj značný<br />
celkový povrch tuhých častíc s rozlohou niekoľko tisíc metrov štvorcových, ktorý predstavuje<br />
vysoko účinnú teplovýmennú plochu.<br />
Vo vírivom lôžku prebieha podstatná časť chemických reakcií a fyzikálnych procesov.<br />
Najdôležitejšie chemické deje prebiehajúce vo vírivom fluidizovanom pieskovom lôžku sú<br />
štiepne reakcie všetkých typov – termálne i katalytické (SiO2), ako aj ich kombinácie.<br />
Primárne reakčné produkty štiepenia väčších molekúl vstupujú do rekombinačných a<br />
izomerizačných reakcií. Niektoré plasty podliehajú náhodnej (polyolefíny – HDPE a LDPE,<br />
PP), iné nenáhodnej depolymerizácii (polystyrén).<br />
Obr.1 Princíp procesu a funkcia reaktora <strong>BLOWDEC</strong>.<br />
ODPADOVÉ FÓRUM 2011 13. - 15. dubna 2011, Kouty nad Desnou
Prevažná časť ťažkých a tuhých uhľovodíkov sa v pieskovom fluidnom lôžku štiepi na<br />
ľahšie zložky, tieto sa následne vyparujú a vo forme procesného plynu opúšťajú komoru<br />
reaktora. Súčasne sa vyparujú látky s nižšou teplotou varu (voda). Vzhľadom k tomu, že<br />
všetky fyzikálne a chemické deje pri ktorých dochádza k transformácii energie a hmoty,<br />
prebiehajú súčasne v jedinom pracovnom stupni, dosahuje sa veľmi vysoká energetická<br />
účinnosť procesu. V minimálnej závislosti od zloženia organických látok vstupujúcich do<br />
procesu <strong>BLOWDEC</strong> získané uhľovodíky prevažne zodpovedajú zložením kvalitnému<br />
energetickému (vykurovaciemu) oleju s nízkym, resp. nulovým obsahom síry (z plastov). Pri<br />
procese <strong>BLOWDEC</strong> dochádza k fyzikálnym a chemickým dejom, ktorých dôsledkom je<br />
okrem takmer 100% výťažku uhľovodíkov aj zmena kvality získaného oleja v porovnaní s<br />
pôvodnými organickými látkami vstupujúcimi do procesu. Zároveň dochádza k účinnému<br />
rozdeleniu látok tvoriacich pôvodný odpadový materiál, pričom sa získava čistý hodnotný olej<br />
bez znečisťujúcich látok, oddelená odpadová voda a tuhá fáza (ak bola prítomná), v ktorej sú<br />
pevne zafixované časti anorganických polutantov v mineralizovanej forme. Oxidy dusíka a<br />
síry nie sú produkované.<br />
Obr.2 Zjednodušená technologická schéma technológie <strong>BLOWDEC</strong>.<br />
Dôležitou výhodou technológie <strong>BLOWDEC</strong> je jednoduché technologické zariadenie a<br />
minimum použitých strojov a aparátov (Obr. 2). Samotný chemický proces ako aj fyzikálne<br />
spracovanie reakčných produktov riadi priemyselný počítač. Ekonomicky výhodné je<br />
prevádzkovanie aj zariadenia s relatívne malou výrobnou kapacitou, t.j. zariadenia s malými<br />
nárokmi na investičné zdroje. Túto výhodu umocňuje skutočnosť, že na jednom zariadení je<br />
možné spracovávať rozličné druhy odpadov rôzneho zloženia. .[4],[5]<br />
3. Experimentálne zariadenie a <strong>prevádzkové</strong> skúsenosti<br />
V roku 2003 spoločnosť Roil Trade neďaleko Bratislavy vybudovala a uviedla do<br />
testovacej prevádzky výskumno-vývojovú jednotku <strong>BLOWDEC</strong> s 45 kW reaktorom (Obr. 3)<br />
Tu sa v prvej etape postupne vykonali skúšky s rôznymi odpadových materiálmi. Súčasne sa<br />
inovovalo a optimalizovalo technologické zariadenie.<br />
ODPADOVÉ FÓRUM 2011 13. - 15. dubna 2011, Kouty nad Desnou
Testy ukázali, že všetky uvažované druhy odpadov je možné spracovať za<br />
ekonomicky priaznivých podmienok a získať hodnotný, komerčne zaujímavý energetický<br />
olej, prípadne uhľovodíkový plyn. Testované boli olejové (ropné) kaly, odpadové minerálne<br />
oleje, čisté aj odpadové zmesové plasty, ojazdené pneumatiky, ale aj zložité časti<br />
elektronického šrotu (plošné dosky tlačených obvodov).<br />
Obr.3 Experimentálne zariadenie <strong>BLOWDEC</strong><br />
s výkonom reaktora 45 kW.<br />
Obr.4 Univerzálne mobilné zariadenie <strong>BLOWDEC</strong><br />
s výkonom reaktora 200 kW.<br />
Získané poznatky a know-how sme zúročili v roku 2009, kedy spoločnosť vybudovala<br />
univerzálne zariadenie <strong>BLOWDEC</strong> s 200 kW reaktorom (Obr.4), ktoré umožňuje spracovať<br />
kvapalné (oleje), kašovité (kaly) a tuhé (plasty, guma) odpady. Technologické zariadenie je<br />
mobilné, čo umožňuje spracovať odpady podľa potreby na ľubovoľnom mieste. Napríklad v<br />
mieste ich väčšieho výskytu, pri zbernom center separovaného zberu odpadov, pri starých<br />
skládkach odpadov a podobne.<br />
4. Vybrané experimentálne výsledky<br />
4.1 Odpadový olej<br />
EÚ vyprodukuje ročne cca. 5 mil. ton odpadových olejov [2] ktoré vznikajú ako<br />
odpadový produkt z priemyselných a komerčných aktivít, ako je strojárstvo, výroba energie či<br />
údržba vozidiel. Približne cca 2,5 mil ton sa recykluje na ťažký vykurovací olej. Počas<br />
životnosti oleja dochádza k degradácii a odpadový olej vytvára stabilný disperzný systém<br />
zložený z uhľovodíkovej fázy pôvodného oleja, pevných častíc a vody. Negatívnou črtou<br />
tohto systému je jeho vysoká stabilita, čo spôsobuje že jednoduchá mechanická separácia je<br />
prakticky nerealizovateľná. Preto sa stáva základným cieľom pri čistení odpadových olejov<br />
zničenie prídavných látok a ich rezíduí, ktoré sú zodpovedné za stabilitu tohto systému.<br />
Aditíva pridané do oleja sú väčšinou heterogénne organické materiály, ktoré obsahujú okrem<br />
uhlíka a vodíka, zinok, fosfor, vápnik, dusík, kyslík, atď. Tieto materiály majú obmedzenú<br />
tepelnú odolnosť, a táto vlastnosť sa často využíva ako spôsob na ich odstránenie.<br />
Technológia <strong>BLOWDEC</strong> je konkurencieschopnou alternatívou pre spracovanie odpadových<br />
olejov. Degradácia prídavných látok (Tab.2) demonštruje účinnosť procesu <strong>BLOWDEC</strong> pri<br />
spracovaní odpadových olejov. Testy boli vykonané pri teplote cca 370 °C a absolútnom tlaku<br />
120 kPa, výsledky sú uvedený v (Tab.1).<br />
ODPADOVÉ FÓRUM 2011 13. - 15. dubna 2011, Kouty nad Desnou
Obr.5 Odpadový minerálny olej. Obr.6 Produkt regenerácie odpadového minerálneho<br />
oleja.<br />
Tab.1 Zloženie a vlastnosti produktu<br />
z odpadového oleja.<br />
4.2 Odpadové zmesný plast<br />
Tab.2 Odstránenie typických prvkov aditívov motorových<br />
olejov.<br />
Najväčším potenciálom využitia technológie <strong>BLOWDEC</strong> v odpadovom hospodárstve<br />
na Slovensku, v Európe i ostatnom svete je spracovanie zmesových odpadových plastov na<br />
alternatívne ekologické palivo – bezsírny vykurovací olej a uhľovodíkový plyn. Úroveň<br />
recyklácie plastov je vo viacerých krajinách EÚ na pomerne nízkej úrovni. Direktíva<br />
Európskej komisie, podľa ktorej sa musí v nasledujúcich rokoch znížiť množstvo odpadov<br />
ukladaných na skládky vytvára priestor na uplatnenie investične menej náročných technológií<br />
recyklácie.<br />
V roku 2008 sa v krajinách EÚ spotrebovalo 60 miliónov ton nových plastov, čo je<br />
25% celosvetovej spotreby plastov. V nových členských krajinách EU sa očakáva rýchlejší<br />
rast spotreby plastov - z dnešných 40-55 kilogramov na obyvateľa za rok na<br />
„západoeurópsku“ úroveň zhruba 100 kg na obyvateľa (2005). Pritom v starých krajinách EU<br />
sa očakáva nárast spotreby plastov na úroveň 140 kg v roku 2015. Produkcia plastových<br />
odpadov v EU v roku 2008 predstavovala množstvo 24,9 miliónov ton, pričom 12,8 milióna<br />
ton sa zhodnotilo a ohromujúcich 12,1 milióna ton bolo uložených na skládkach. [3]<br />
Rast spotreby, chýbajúce kapacity na spracovanie, resp. zhodnotenie odpadových<br />
plastov a tlak na zníženie množstva plastov ukladaných na skládkach vytvárajú priestor na<br />
využitie technológie <strong>BLOWDEC</strong>.<br />
Táto <strong>technológia</strong> umožňuje skvapalniť – depolymerizovať prevažnú väčšinu známych<br />
masovo vyrábaných polymérov najmä polyolefínov HDPE, LDPE, PP a ich kopolymérov,<br />
polystyrénov PP a EPS, ako aj ďalších známych plastov PUR, PA, PMMA, PET atď.<br />
ODPADOVÉ FÓRUM 2011 13. - 15. dubna 2011, Kouty nad Desnou
PVC ako surovina s ohľadom na prítomnosť chlóru (56% hmotnosti) nie je vítaná, jej<br />
výskyt v zmesových odpadových plastoch zo separovaného zberu odpadov je však<br />
minimálny. Identifikácia a separácia PVC je technicky zvládnutá a <strong>technológia</strong> <strong>BLOWDEC</strong><br />
je schopná blokovať uvoľnený chlór. Vlastnosti oleja zo zmesového plastu sú uvedené<br />
v Tab.3.<br />
Tab.3 Vlastnosti oleja zo zmesového plastového<br />
odpadu<br />
4.3 Guma a odpadové pneumatiky.<br />
Tab.4 Zloženie a vlastnosti oleja z gumy.<br />
Vo svete sa ročne vyrobí a predá takmer miliarda (990 miliónov) pneumatík, ktoré sa<br />
po ukončení životnosti stávajú obrovským problémom. Ani vyspelé štáty nemajú uspokojivo<br />
vyriešený efektívny spôsob recyklácie a významný spôsob legálneho nakladania s ojazdenými<br />
pneumatikami je ukladanie na skládku. Iba vo Veľkej Británii sa vyprodukovalo v roku 2006<br />
488.000 ton ojazdených pneumatík. Na skládky bolo uložených 155.000 ton. Na spracovanie<br />
tohto množstva by bolo vo Veľkej Británii potrebných 30 inštalácii <strong>BLOWDEC</strong> s príkonom<br />
250kW. S rastúcou „motorizáciou“, najmä v krajinách tretieho sveta bude veľkosť<br />
potenciálneho trhu aj v tomto trhovom segmente rásť. Našou technológiou je možné<br />
recyklovať 85 až 90% hmoty ojazdených pneumatík, pričom okrem uhľovodíkov a kovov<br />
(ocele) je možné získavať aj cenná sadze. Výsledky experimentu sú uvedené v Tab.4<br />
Záver<br />
Predložené výsledky poukázali na širokospektrálnu využiteľnosť technológie<br />
<strong>BLOWDEC</strong> pri spracovaní uhľovodíkových odpadov. Túto technológiu je možné uplatniť<br />
ako výhodnú alternatívu k existujúcim technológiám vo viacerých oblastiach. Pre niektoré<br />
oblasti využitia procesu doteraz nie sú vo svete známe ekonomicky akceptované technológie<br />
spracovania (gudróny).<br />
Overenou a veľmi perspektívnou oblasťou využitia technológie <strong>BLOWDEC</strong> v<br />
odpadovom hospodárstve je skvapalňovanie odpadových plastov, predovšetkým polyolefínov<br />
ODPADOVÉ FÓRUM 2011 13. - 15. dubna 2011, Kouty nad Desnou
(PE, PP), polystyrénu (PS) ako aj ďalších rozšírených plastov. Krakovanie ťažkých<br />
uhľovodíkov prestavuje ďalšiu atraktívnu oblasť použitia technológie <strong>BLOWDEC</strong>. Štiepenie<br />
- krakovanie veľmi ťažkých ropných frakcií je investične veľmi náročný postup pri<br />
hĺbkovom spracovaní ropy v sofistikovaných rafinériách. Ako surovinu pre <strong>BLOWDEC</strong> sa<br />
využijú ťažké zvyšky po atmosférickej a vákuovej destilácii ropy, prípadne po jej chemickom<br />
spracovaní.<br />
Využitie alternatívnych surovinových zdrojov, ťažkých rôp (Albánsko, Kazachstan),<br />
olejonosných bridlíc a pieskov (Athabaska - Kanada, Estónsko) alebo prírodných bitúmenov<br />
(Trinidad - Južná Amerika) prestavuje budúcu sľubnú oblasť použitia technológie<br />
<strong>BLOWDEC</strong>. Existujúce technológie umožňujú s dostatočným ekonomickým efektom<br />
zhodnotenie obrovských ložísk takýchto uhľovodíkov, avšak využitie procesu <strong>BLOWDEC</strong><br />
môže zvýšiť atraktivitu týchto zdrojov uhľovodíkov.<br />
Literatúra<br />
[1] Slovenský patent No. 279 397.( USA Patent US 6,165,349; UK patent GB 233 726 5B;<br />
Russian patent RU 218 1126 )<br />
[2] Vercheval J., 2001. Nakládání s odpadními oleji v EU. Proceeding from International<br />
Conference on Waste Oil Management. Prague. Czech Republics.<br />
[3] Report Plastics the Fact 2010, Plastics Europe, Association of Plastic Manufacturers, 2010<br />
[4] Ivan Maďar, Martin Juriga - A new method of the organic waste treatment, concerning<br />
waste oil, mixed plastics waste, oil sludge and pcbs waste processing with simultaneous<br />
recovery of hydrocarbons, Petroleum and Coal, Vol. 45, 3-4, 187-192, 1993.<br />
[5] Scheirs J.,Kaminsky W. - Feedstock Recycling and Pyrolysis of Waste Plastics:<br />
Converting Waste Plastics into Diesel and Other Fuel, John Wiley & Sons Ltd, 2006, 429-<br />
430.<br />
ODPADOVÉ FÓRUM 2011 13. - 15. dubna 2011, Kouty nad Desnou
Change language