GINOP-2.1.2-8-1-4-16

Szakaszos, portábilis, rugalmas AV desztillációs rendszer kifejlesztése speciális szénhidrogén termékek előállítására vegyes hulladékolajokból projekt szakmai ismertetése

A kifejlesztett technológia, a nemzeti prioritások közül az „egészséges társadalom és jólét”, valamint a „fenntartható környezethez” egyaránt kapcsolódik. Mindkét prioritást érinti, ha a legnagyobb mennyiségben képző szénhidrogén bázisú folyékony veszélyes hulladékoknak, valamint egyéb hulladékok (műanyag és gumi) kezelése során, a destruktív technológiákban képződő szénhidrogén bázisú termékeknek alkalmas hasznosítási, feldolgozási technológiát  fejlesztettünk ki. Ezáltal növelhető az elsődleges hulladékkezelési technológiák gazdaságossága is. Ugyanis ösztönöz a hulladékok szelektív gyűjtésére, valamint a környezetterhelő műszaki megoldások helyett, a környezetet kevésbé terhelő technológiák terjedését segíti. A műszaki fejlesztés közvetlenül és közvetve is munkahelyeket teremt, valamint hatására csökken a környezet terhelése. A műszaki fejlesztés, az intelligens technológiák közül a „korszerű szénhidrogén technológia (kőolaj, földgáz)” valamint a „logisztika” területeket érinti, mivel kifejezetten és kizárólag szénhidrogén bázisú termékek és melléktermékek, valamint veszélyes hulladékok hasznosításáról, feldolgozásáról van szó.

Pirolízis/ hulladék olaj desztilláció lépcsőzetesen csökkentett nyomáson

Az alapanyag IBC tartályban érkezik. Szakaszos desztillációt tervezünk, a rendszert először feltöltjük, majd felmelegítjük, a megfelelő hőfok eléréséig teljes reflux lesz, majd a hőfok/nyomás beállításával desztillálunk. A kapott végterméket IBC tartályokba. A pirolízisolaj fűtéséhez thermoolajat, a hűtéshez hűtővizet használunk.

Feltöltés:

A kiforraló üstöt (TAR1) a PA01 jelű membránszivattyúval a HEX1 jelű hőcserélőn át töltjük meg. a feltöltéskor a hőcserélő fűtése már elkezdődik. Miután a kiforraló üstben a folyadék elérte a megengedett szintet a szintkapcsoló leállítja a membránszivattyút.

Felfűtés:

A megfelelő hőfok eléréséig keringtetjük az anyagot a HEX1 hőcserélőn át a PP11 jelű fogaskerékszivattyú segítségével. A megfelelő desztillációhoz az üstben a hőfoknak el kell érni 150 °C-on és a teljes idő alatt ezt a hőfokot tartani kell. A HEX1 hőcserélőt fűtőolajjal fűtjük. A hőfokszabályzás vagy a kazánban történik vagy a V09 jelű motoros szabáyzószelep segítségével. A teljes technológiai folyamat alatt a V01 és V03 jelű szelepnek zárva kell lennie. A felfűtésnek atmoszférikus (1,013 bar) nyomáson kell történni, ezért a V07 jelű szelepnek nyitva kell lennie.  A forrpontra való felfűtésig teljes reflux lesz. A TAR1 jelű refluxtartály a kolonna felett helyezkedik el és a lekondenzált anyag gravitációsan visszafolyik. Amennyiben a tartályban a folyadékszint eléri a maximumot a PP12 jelű centrifugál szivattyúval a tartáyból a refluxot visszajuttatjuk a kolonnába. A reflux tartályon elhelyezett szintkapcsoló minimum és maximumra indítja, illetve állítja le a PP12 szivattyút. Ha a szivattyú nem üzemel a V06 jelű nyit/zár szelepnek zárva kell lennie.

Első lépés:

Amikor valamelyik benzinfrakció vételekor az üst hőmérséklete a 150 °C-t elérte, kiszámítottuk, hogy a pillanatnyi desztillátum-összetételhez 20 °C-os buborékponti hőmérséklethez milyen nyomás tartozik. Így az összesen 0,24 m³ -es benzinfrakció vétele 3 különböző kondenzátornyomáson történik: 1,013; 0,31 és 0,08 bar. (Az atmoszférikus nyomásról egyből 0,08 barra váltás túl alacsony kondenzátorhőmérsékletet (-23 °C) eredményezne. Egy közbenső lépcsőre mindenképpen szükség van.

A 150 °C-os üst hőmérséklet eléréséig 1,013 bar nyomáson benzinfrakció elvétele történik. A hőfok elérése után a V04 és V05 jelű háromjáratú szerelvények átváltanak és megkezdődik a benzinfrakció kitárolása az IBC tartályokba. A kitárolás a HEX4 jelű lemezes hőcserélőn keresztül történik. A kitárolt benzin hőmérséklete 35 °C.

Második lépés:

A PV01 jelű vákuumszivattyú segítségével megkezdődik a nyomáscsökkentés. Szivattyú indítása előtt a V07 jelű szerelvényt el kell zárni és a V08 jelű szerelvényt nyitni kell. A nyomást 0,31 barra kell csökkenteni termékelvétel nélkül. A vákuumszivattyút a kolonna kilépőágában lévő nyomástávadó szabályozza.

A nyomáscsökkentési lépések során önelpárologtatás lép fel. Ha a fűtési sebességet (Qüst) változatlanul hagyjuk (100 kW-on) teljes reflux mellett, ami a szakaszos rektifikálás egyes frakciói között (terméktartály váltáskor) szokásos, akkor Qkond már eleve 100 kW-hoz közeli, és ehhez jön még hozzá az önelpárologtatás miatt képződő gőz kondenzáltatásának hőigénye. Így a kondenzátorban elvonandó hőáram (Qkond) a 100 kW-ot jelentősen meghaladja, akár többszöröse is lehet. Ha a nyomáscsökkentés túl gyors, akkor az emiatt képződő gőz kondenzáltatásának hőigénye önmagában is meghaladja a 100 kW-ot. Ezért e lépések alatt a fűtést gyakorlatilag leállítottuk (Qüst= 5 MJ/h), és a P-csökkentést fokozatosan hajtottuk végre, melynek időtartamát úgy határoztuk meg, hogy Qkond 100 kW alatt maradjon. Tehát a vákuumszivattyú indításakor a HEX1 hőcserélő fűtését le kell állítani.

Az így meghatározott P-profillal a frakciók elején a kondenzátorhőmérsékletek bőven a minimális 20 °C felett maradtak (a legkisebb érték 37 °C volt), ami valószínűleg a hold-up ebből a szempontból kedvező hatásának tudható be.

Harmadik lépés:

Miután a nyomást lecsökkent 0,31 barra ismét elkezdődik az üst felfűtése. A 150 °C eléréséig  megkezdődik a második benzinfrakció elvétele.

Negyedik lépés:

Ismét leállítjuk a fűtést és keringtetést és tovább csökkentjük a nyomást 0,08 barra. Termékelvétel a nyomáscsökkentés alatt nincs.

Ötödik lépés:

Miután a nyomást lecsökkent 0,08 barra ismét elkezdődik az üst felfűtése. A 150 °C eléréséig  megkezdődik a harmadik benzinfrakció elvétele. Az elvétel addig történik amíg az üst hőmérséklete eléri a 150 °C-ot és a három benzinfrakció össztérfogata eléri a 0,24 m³-t. A HEX4 jelű lemezes hőcserélő kilépő ágában van a hitelesített áramlásmérő.

Hatodik lépés:

Miután az üst elérte a 150 °C hőfokot megkezdődik a gázolaj frakció elvétele. Várhatóan 0,39 m³ lesz.

Hetedik lépés:

Miután végbement a teljes desztilláció a fenékterméket a kolonnából és az üstből a PP11 jelű szivattyú segítségével kitároljuk IBC tartályba. A fenéktermék kitárolásakor el kell zárni a V08 és V02 jelű szerelvényeket és ki kell nyitni a V03 és V07 jelű szerelvényeket. A vákuumot a V07 jelű szerelvény megnyitásával szűntetjük meg. A fenéktermék kitárolás a HEX3 jelű lemezes hőcserélőn keresztül történik.

A frakció végén a tartályokba töltéskor a végtermék a kondenzátor túlhűtése nélkül pár mol% gőzt is tartalmaz. Ennek oka a termékek széles forrponthatára, a frakció elején érkező könnyebb komponensek a frakció végén, amikor az érkező desztillátum hőmérséklete már lényegesen magasabb, elpárolognak.

A kétfázisú termékek fellépése elkerülhető a kondenzátor olyan mértékű (ATtúl) túlhűtésével, hogy a tartály csak (forrponthoz közeli hőmérsékletű) folyadékot tartalmazzon. Ugyanakkor a túlhűtés növeli Qkond és csökkenti TD értékét, és jelentős túlhűtés esetén TD a frakció elején 20 °C alá is csökkenhet. Meghatároztuk az egyes frakcióvételi lépésekre ATtúl szükséges értékét: 3, 12, 8, 25 °C. Ekkor a 2. benzinfrakció (3. lépés) elején TD jóval 20 °C alá csökken.

A másik, jobb lehetőség a kétfázisú termékek elkerülésére a terméktartályok pótlólagos hűtése (a kondenzátor túlhűtése nélkül). A részletes eredményeket ez utóbbi esetre a következő táblázat mutatja, mely az egyes termékek forrpontra (SQpót) illetve kitárolási hőmérsékletre (35 °C-ra) továbbhűtésének (SQki) hőigényét is tartalmazza.

A táblázatban megadott Qkond adatok az adott lépésre vonatkozó átlagos értékek. Qkond maximuma 97,8 kW, amit a 2. lépés végén ér el, de a 4. lépés végén is hasonlóan magas az értéke.

0.a lépés az üst felfűtése

0.b lépés az oszlop felfűtése

2.20. táblázat. A lépcsőzetes P-csökkentés legfontosabb eredményei (Qüst=100 kW)

A maradék tömege: 349,0 kg

A hold-up tömege: 11,1 kg

A művelet becsült összideje az oszlop felfűtése, az üst töltése, ürítése és tisztítása nélkül: 2,325 h

A maradék 50 °C-ra hűtésének energiaigénye: 163,7 MJ

Portábilitás

A fejlesztés legbonyolultabb gépészeti megoldása a berendezés szállíthatóvá tétele, hiszen a kolonna egy viszonylag magas henger, és segéd berendzései szintén magasra kell kerüljenek, amit szállításkor vízszintes helyzetbe kell hozni. Továbbá a berendezésnek el kellett férni egy szabványos 20 lábas konténer alapterületén szállításkor is.

Ezt a berendezés részeit tartó acél váz építőkocka szerű elrendezésével és annak szétszerelhetőségével lehetett biztosítani, amint azt az alábbi fényképek mutatják.

AZ NMP (N-metil-2-pirrolidon) SZENNYEZŐDÉSEINEK ELTÁVOLÍTÁSA

A desztillálót nem csak folyamatos frakciójú hulladék/ pirolízis olajok hasznosíthatóvá tételére fejlesztettük, hanem magas forrás pontú, de jól elkülöníthető szennyeződéseket tartarmazó szénhidrogének tisztítására is.

Ilyen a lítiumos akkumulátorgyártásnál felhasznált NMP is, ami igen drága oldószere a gyártási folyamatnak, így megtisztítása-újra hasznosítása nemcsak a környezet védelmi szempontok, hanem gazdasági szempontból is igen nagy jelentőséggel bír.

Az optimális technológiai folyamat itt eltér az előzőekben ismertetettől, mert kevésbé bonyolult a szabályozása, viszont nagyon érzékeny a maradék víztartalomra.

A szennyeződés víztartalmának első lépésben való csökkentése jelentős energia megtakarítást jelent, mert a víz elpárologtatásához háromszor annyi hő kell, mint ugyanolyan mennyiségű NPH gőz halmaz állapotba hozásához.

A pirolízis olajtisztításánál nagyobb vákuum (0,02-0,03 bar) előállításával és szinten tartásával az NMP forrásának elérést kevesebb energia befektetéssel lehet elérni. Ebben az esetben viszont az anyag keringtetésére csak mágneskuplungos szivattyút lehet használni.

Ehhez egy nagyobb teljesítményű önszabályozó vákuum szivattyút helyeztünk üzembe. A vákuumot a folyamat alatt folytonosan fenn tartjuk, ezért a keletkezett szétválasztott anyagokat vákuum álló edényekbe gyűjtjük. Ezek 300 l térfogatú álló hengerek szintén a szállító keretbe beszerelve, 1 db a vizes szennyező anyagnak 1 db az átmeneti már kevés szennyezést tartalmazó és újra tisztítandó anyagnak 2 db pedig a tiszta végterméknek.

Az elrendezést, vezetékezést úgy kellett kialakítani, hogy ne jöhessen létre holttér, ahol az első desztillálási fázisból víz visszamaradhatna. A reflux tartályt ezért is kivettük ennél a technológiánál a rendszerből, és mert itt nincs is szükség a reflux szabályozására.

Az NMP gőz lecsapatását a kolonna fejbe beépített saválló acél csőkígyóban keringtetett hűtővíz  biztosítja. a hűtővíz mennyisége kézi működtetéssel és PLC által vezérelve is szabályozható.

A tisztított NMpirolidon annyira nedvszívó, hogy 55 fokos hőmérséklet alatt a levegő páratartalmát is felveszi, ezzel lerontja az elért tisztaságot.

Ezért a végterméket a szállításhoz való légmentes lezárásig 55-60 Celsius fokos hőmérsékleten kell tartani.

Az üzemeltetési eredmények tapasztalatit a közel jövőben szintén megosztjuk és szakcikkben is megjelentetjük.