BE1028485B1

BE1028485B1 - Methode voor pyrolyse van afvalmateriaal in industrieel proces

Info

Publication number: BE1028485B1
Application number: BE20205538A
Authority: BE
Inventors: Dries PARMENTIER; MEIRHAEGHE Rik VAN
Original assignee: Cct Int
Priority date: 2020-07-17
Filing date: 2020-07-17
Publication date: 2022-02-15
Also published as: CA3184984A1; WO2022013712A1; BE1028424B1; BE1028485A1; EP4182405B1; NL2028704B1; US20230265348A1; BE1028424A1; NL2028704A; EP4182405A1

Abstract

Methode voor pyrolyse van een massa afvalmateriaal, omvattende: - voorzien van een schroefvoorziening (200) aangepast om warmte toe te voeren naar de massa door mechanische afschuiving; - voorzien van een reactor (101) na de schroefvoorziening (200), aangepast om in afwezigheid van zuurstof warmte toe te voeren naar de massa door verwarmen van de reactorwand (104); - smelten van de massa in de schroefvoorziening (200); - thermisch degraderen van de massa in de reactor (101) waarbij door pyrolyse koolstof-koolstofverbindingen in de massa worden verbroken en volatiele koolwaterstoffen ontstaan, waarbij: voor een samenstelling van de massa, de schroefvoorziening (200) zodanig wordt ingesteld dat de massa wordt opgewarmd tot op een zo hoog mogelijke uitgangstemperatuur alvorens in de reactor (101) toe te voeren, zonder dat de uitgangstemperatuur een drempelwaarde overschrijdt waarbij in de schroefvoorziening (200) het verbreken van koolstof-koolstofverbindingen wordt geïnitieerd.

Description

-1- METHODE VOOR PYROLYSE VAN AFVALMATERIAAL IN INDUSTRIEEL PE2060 5598

PROCES Technisch Gebied

[01] De onderhavige uitvinding heeft algemeen betrekking op de pyrolyse van afvalmateriaal, bijvoorbeeld plastic afval. De uitvinding levert in het bijzonder een oplossing voor een industrieel proces dat toelaat om op een tijds- en energie efficiënte wijze pyrolyse producten van hoge kwaliteit te produceren.

Achtergrond van de uitvinding

[02] Het gebruik van plastic is vandaag alom tegenwoordig, resulterend in enorme hoeveelheden plastic afval. Het feit dat plastic niet bio-degradeerbaar is, noodzaakt het zoeken naar oplossingen waarmee plastic afval kan worden gerecycleerd tot opnieuw bruikbare producten. Pyrolyse of thermisch kraken van plastic afvalmateriaal vormt hierbij een aantrekkelijke oplossing. Pyrolyse houdt in dat het afvalmateriaal tot op hoge temperatuur wordt verhit, in afwezigheid van zuurstof om oxidatie of ontbranden van het materiaal te vermijden. Hierbij vindt een thermische degradatie plaats, waarbij verbindingen aanwezig in de plastic polymeren worden verbroken, resulterend in koolwaterstoffen met een kleiner moleculair gewicht dan de oorspronkelijke polymeren. Tijdens de pyrolyse ontstaan enerzijds een volatiele fractie en anderzijds een fractie verkoolde producten. De volatiele fractie omvat koolwaterstofketens van diverse lengtes, welke op de hoge pyrolyse temperatuur allen gasvormig zijn. De verkoolde fractie omvat gecarboniseerde producten (Engels: ‘char’), welke bijvoorbeeld als assen achterblijven. Een deel van de volatiele fractie, namelijk de koolwaterstoffen met lange ketens, zijn door koeling condenseerbaar tot vloeibare oliën, te gebruiken als vloeibare brandstof, bijvoorbeeld in motoren. Lange ketens zijn typisch ketens van tenminste vijf of zes koolstofatomen (C5 — C6). De overige koolwaterstoffen aanwezig in de pyrolyse producten, namelijk deze met kortere ketens, vormen een niet- condenseerbaar gas, wat betekent dat ze bij koeling tot op een reguliere

-2- temperatuur en in gangbare procescondities gasvormig blijven. Behalve voor 6960/5598 plastic kan pyrolyse op analoge wijze worden uitgevoerd voor recyclage van andere soorten afvalmateriaal, bijvoorbeeld organisch afval, rubber, enz.

[03] Typisch vindt pyrolyse plaats in een reactor. Het meest eenvoudige type reactor is een afgesloten tank of container waarin afvalmateriaal in afwezigheid van zuurstof wordt verhit, via het verwarmen van de wand van de tank. De tank kan verticaal of horizontaal worden opgesteld. Vaak is een voorziening aanwezig in de tank om de aanwezige massa te mengen. Bij een verticaal opgestelde tank is dat typisch een centrale roerstok, bij een horizontaal opgestelde tank een mixer met schoepen. Dergelijk type reactor kan in batch worden gebruikt, waarbij een nieuwe lading pas in de reactor wordt toegevoegd na beëindiging van pyrolyse van de vorige lading, of in continue werking, waarbij gedurende pyrolyse in de reactor continu nieuw te pyrolyseren materiaal wordt toegevoegd. Daarnaast zijn tevens types reactoren gekend waarbij de te pyrolyseren massa wordt voortbewogen doorheen de reactor in een continu proces. Bijvoorbeeld wordt gebruik gemaakt van een roterende cilinder (Engels: rotary kiln’) waarin de massa wordt voortbewogen, of van een schroef welke de massa voortbeweegt binnen een cilinder. De opwarming van de cilinderwand, typisch in opeenvolgende zones, zorgt voor een geleidelijke degradatie van het materiaal gedurende haar verplaatsing doorheen de reactor.

[04] Ondanks dat pyrolyse als techniek gekend is, stellen zich in de praktijk uitdagingen om pyrolyse toe te passen in een economisch haalbaar industrieel proces. Vooreerst dient in dergelijk proces een voldoende hoge verwerkingscapaciteit te worden gerealiseerd, zodat in aanvaardbare tijd voldoende producten kunnen worden geproduceerd. Dit is niet evident. Immers dient warmte te worden overgedragen naar het te pyrolyseren materiaal, en dat is een traag proces, gezien de lage thermische conductiviteit van plastic materiaal en de aanwezigheid van lucht tussen de brokstukken plastic afval. Bijvoorbeeld dient in een container met te pyrolyseren materiaal, warmte die wordt aangebracht via de containerwand tot in centrale zones te geraken, wat tijd vergt. De reactor vormt op die manier een bottleneck in het proces. Behalve

-3- deze tijdsefficiëntie vormt ook de energetische efficiëntie een uitdaging voor het 6960/5598 bereiken van een economisch rendabel proces. Immers, wanneer warmte op een inefficiënte manier wordt overgedragen, is veel warmte input nodig om de gewenste degradatie te realiseren, zodat kosten hiervoor hoog oplopen.

[05] Naast de uitdagingen op vlak van efficiëntie, vormt ook de kwaliteit van de bekomen pyrolyse producten een uitdaging. Deze kwaliteit verwijst naar verschillende aspecten. Enerzijds verwijst het naar de distributie van koolwaterstoffen aanwezig binnen de volatiele fractie: bij voorkeur is de distributie zodanig dat een piek voorkomt bij die ketens die het meest gewenst zijn als eindproduct, bijvoorbeeld een grote aanwezigheid van ketens die condenseerbaar zijn en inzetbaar als brandstof in motoren (bijvoorbeeld C5 — C10). Gezien de heterogene samenstelling van het afvalmateriaal, is dit niet voor de hand liggend. Anderzijds verwijst een hoge kwaliteit van pyrolyse producten naar een zo zuiver mogelijke volatiele fractie, d.w.z. een zo laag mogelijke aanwezigheid van polluenten in de pyrolyse producten. Bijvoorbeeld geven Chlorines (CI) aanwezig in PVC of gebleekt papier aanleiding tot Chlorides in de pyrolyse producten, of geven Bromines (Br) aanwezig in brandvertragers aanleiding tot Bromides in de pyrolyse producten. De aanwezigheid van dergelijke polluenten is nadelig voor de kwaliteit van het resulterende eindproduct. Bijvoorbeeld is de corrosiviteit van Chlorides problematisch bij de verdere verwerking van de olie of bij het gebruik ervan in een motor.

[06] Er is dus een algemene nood aan pyrolyse oplossingen welke resulteren in een hoge kwaliteit van gevormde pyrolyse producten, en welke een tijds- en energie-efficiënt proces toelaten.

[07] Wat betreft het verbeteren van de tijds- en energie-efficiëntie zijn oplossingen gekend waarbij het ontwerp van de reactor wordt geoptimaliseerd. Bijvoorbeeld wordt in US7893307 een ‘ribbon channel reactor’ voorgesteld, waarbij de te pyrolyseren massa wordt voortbewogen in een lintvormig kanaal tussen twee verwarmde concentrische cilinders. Op die manier wordt een hoge ratio van verwarmd oppervlak ten opzichte van de hoeveelheid te verwarmen

-4- massa gerealiseerd, en geraakt de warmte tot in de volledige dikte van het 0008 relatief dunne lint aan te pyrolyseren materiaal. Echter, dit vereist de aankoop van een zeer specifiek type reactor, welke een stuk complexer en vermoedelijk duurder is dan bijvoorbeeld een eenvoudige tank of container. Ook het regelen van de temperatuurevolutie om te komen tot een volledige degradatie en het realiseren van gewenste ketenlengtes is moeilijk te sturen bij een reactor met een voortbewegend bed. Overigens geldt ook voor meer klassieke types reactoren met voortbewegend bed, zoals een rotary kiln of schroefreactor, dat dergelijke sturing moeilijker is dan bij een type met tank of container waarbij niet met verschillende temperatuurzones langsheen de reactor dient gewerkt te worden.

[08] In US7893307 wordt bovendien gebruik gemaakt van een extruder, voorafgaand aan de reactor. In een extruder wordt de massa voortbewogen binnen een cilinder aan de hand van een enkele of dubbele schroef, waarbij door wrijving en mechanische afschuiving warmte wordt overgedragen naar de massa. Op die manier wordt het afvalmateriaal in een ‘semi-solid’ toestand gebracht alvorens in de reactor toe te voeren. Ook in US2016/0024390 wordt gebruik gemaakt van een extruder, voorafgaand aan een thermal kiln reactor, in een continu proces met afgebakende temperatuurzones. In de extruder wordt het materiaal gesmolten en begint het vrijkomen van heteroatomen, bijvoorbeeld halogenen, uit het afvalmateriaal, welke via een uitlaatpoort op de extruder worden verwijderd. Dergelijke dehalogenering gaat verder in de eerste helft van de pyrolyse reactor, en effectief kraken, met verbreken van koolstof- koolstof verbindingen, vindt plaats in de tweede helft van de reactor. Ondanks het feit dat het te pyrolyseren materiaal reeds voor een deel wordt opgewarmd in dergelijke extruder, dient nadien in de pyrolyse reactor nog steeds veel warmte te worden toegevoerd om tot eigenlijke degradatie, met vorming van volatiele koolwaterstoffen, te komen. Bijgevolg blijft het bereiken van de bovenvermeld energie- en tijdsefficiëntie nog steeds een uitdaging.

[09] Het is een doelstelling van onderhavige uitvinding om een methode te beschrijven die één of meerdere van de beschreven nadelen van oplossingen

-5- uit de stand der techniek overwint. Meer specifiek is het een doelstelling van de 70/9008 onderhavige uitvinding om een methode voor pyrolyse van een afvalmateriaal te beschrijven die toelaat om op een tijds- en energie efficiënte wijze eindproducten van hoge kwaliteit te produceren.

Samenvatting van de Uitvinding

[10] Volgens de onderhavige uitvinding worden de hierboven geïdentificeerde doelstellingen verwezenlijkt door een methode voor pyrolyse van een massa afvalmateriaal, zoals gedefinieerd door conclusie 1, omvattende: - voorzien van een schroefvoorziening aangepast om warmte toe te voeren naar de massa door mechanische afschuiving; - voorzien van een reactor na de schroefvoorziening, aangepast om in afwezigheid van zuurstof warmte toe te voeren naar de massa door verwarmen van de reactorwand met een externe warmtebron; - smelten van de massa in genoemde schroefvoorziening, waarbij de massa minstens ten dele naar vloeibare toestand wordt omgezet; - thermisch degraderen van de massa in de reactor waarbij door pyrolyse koolstof-koolstofverbindingen in de massa worden verbroken en volatiele koolwaterstoffen ontstaan, waarbij: voor een samenstelling van de massa, de schroefvoorziening zodanig wordt ingesteld dat de massa wordt opgewarmd tot op een uitgangstemperatuur alvorens in de reactor toe te voeren, waarbij de uitgangstemperatuur een drempelwaarde niet overschrijdt, deze drempelwaarde zijnde het temperatuurniveau waarbij degradatie, met verbreken van koolstof-koolstofverbindingen in de massa, start, zodanig dat: - binnen de schroefvoorziening, geen degradatie van de massa optreedt bij die samenstelling, en - de degradatie start in de verbinding tussen de schroefvoorziening en de reactor, gedurende een expansie van de massa na het verlaten van de schroefvoorziening.

-6-

[11] Met andere woorden heeft de uitvinding betrekking op een methode voor 6960/5598 pyrolyse van een afvalmateriaal. Een afvalmateriaal verwijst naar een koolstofhoudend afvalmateriaal. Bijvoorbeeld is het een mengsel van plastic afval, waarin diverse soorten plastic kunnen aanwezig zijn, bijvoorbeeld PE (Polyethyleen), PP (Polypropyleen), PVC (Polyvinylchloride), PET (Polyethyleentereftalaat), PS (Polystyreen), enz. Andere voorbeelden zijn organisch afval, voedingsresten, veevoer, rubber, hout, textiel, enz. Pyrolyse van het afvalmateriaal verwijst naar het vormen van koolwaterstoffen met een kleiner moleculair gewicht dan de oorspronkelijke polymeren, door thermische degradatie.

[12] De methode omvat het voorzien van een schroefvoorziening aangepast om warmte toe te voeren naar de massa door mechanische afschuiving. Een schroefvoorziening is een eenheid omvattende één of meerdere schroeven, typisch binnen een cilindrische trommel geplaatst. Bijvoorbeeld is het een extruder met enkele schroef, of een twin-screw extruder met twee schroeven. De massa wordt toegevoerd in de schroefvoorziening, zodat ze zich tussen de schroef of schroeven en de wand van de trommel bevindt. Door het roteren van de schroef of schroeven, wordt afschuiving of wrijving gecreëerd in de massa, zodat door visceuze dissipatie een opwarming van de massa ontstaat. In een mogelijke uitvoeringsvorm levert de aandrijving van de schroef of schroeven alle energie voor opwarming van de massa. In een andere uitvoeringsvorm zijn er tevens verwarmingselementen aanwezig aangepast om de wand van de trommel te verwarmen via een externe warmtebron. De opwarming van de massa gebeurt dan deels door mechanische afschuiving en deels door warmteoverdracht vanwege de verwarmde wand. In een uitvoeringsvorm is het tevens mogelijk dat de schroef of schroeven worden verwarmd.

[13] De methode omvat het smelten van de massa in de schroefvoorziening, waarbij de massa minstens ten dele naar vloeibare toestand wordt omgezet. Het afvalmateriaal wordt in de schroefvoorziening toegevoerd in vaste toestand. Typisch is er reeds een voorbewerking gebeurd, waarbij bijvoorbeeld plastic afval verwerkt werd tot kleinere stukjes plastic in vaste toestand, alvorens in de schroefvoorziening toe te voeren. Ten gevolge van de opwarming in de

-7- schroefvoorziening, door mechanische afschuiving, eventueel aangevuld met 6960/5598 een verwarmde trommel, begint het afvalmateriaal binnen de schroefvoorziening te smelten. Smelten verwijst naar het overgaan van een vaste naar een vloeibare toestand. Vaak is dit geen scherp afgebakende overgang, maar gaat de massa eerst over van een vaste vorm naar een half- vaste, visceuze pasta. Door heterogeniteit in de samenstelling van het afvalmateriaal, bijvoorbeeld een mengeling van diverse plastic soorten, is het mogelijk dat bepaalde componenten in de massa reeds smelten, terwijl andere componenten nog vast zijn. Het optreden van smelten in de schroefvoorziening, betekent dat er zeker componenten aanwezig zijn die reeds gesmolten zijn aan de uitgang van de schroefvoorziening. Typisch is een groot deel, of alle massa gesmolten aan de uitgang van de schroefvoorziening.

[14] De methode omvat het voorzien van een reactor na de schroefvoorziening, aangepast om in afwezigheid van zuurstof warmte toe te voeren naar de massa door verwarmen van de reactorwand met een externe warmtebron. De reactor bevindt zich na de schroefvoorziening, wat betekent dat de massa na haar verblijf in de schroefvoorziening, naar de reactor wordt getransporteerd, via een verbinding tussen schroefvoorziening en reactor. Gezien de vloeibare toestand, is er typisch een stromingstransport doorheen één of meerdere buizen tussen de schroefvoorziening en de reactor. Binnen de reactor gebeurt een verdere opwarming van de massa. De warmtetoevoer is hierbij afkomstig van een verwarmde reactorwand. De reactorwand wordt opgewarmd aan de hand van een externe warmtebron, bijvoorbeeld een elektrische verwarming of warmte uit verbranding van een brandstof. In verschillende uitvoeringsvormen zijn diverse types van reactor mogelijk. In een uitvoeringsvorm omvat de reactor een tank of container, waarin een massa tot op een bepaald vulniveau kan worden toegevoerd, maar waarbij de massa niet wordt getransporteerd doorheen de reactor. Wel is een beweging van de massa mogelijk ten gevolge van menging, bijvoorbeeld aan de hand van een roerstok of mixer opgesteld binnen de tank. In een andere uitvoeringsvorm wordt gebruik gemaakt van een reactortype waarbij de massa wordt getransporteerd doorheen de reactor. Bijvoorbeeld wordt gebruik gemaakt van een roterende

-8- cilinder (Engels: ‘rotary kiln’) waarin de massa wordt voortbewogen, of van eer 205538 schroef welke de massa voortbeweegt binnen een cilinder.

[15] De methode omvat het thermisch degraderen van de massa in de reactor waarbij door pyrolyse koolstof-koolstofverbindingen in de massa worden verbroken en volatiele koolwaterstoffen ontstaan. De reactor wordt dusdanig opgewarmd dat binnen in de reactor een pyrolysetemperatuur heerst. Door het opwarmen van de massa binnen de reactor op pyrolysetemperatuur, in afwezigheid van zuurstof, vindt een thermische degradatie plaats. Hierbij worden koolstof-koolstof verbindingen verbroken, zodat koolwaterstoffen ontstaan met een lager moleculair gewicht dan de oorspronkelijke polymeren. Tijdens de pyrolyse ontstaan enerzijds een volatiele fractie en anderzijds een fractie verkoolde producten. De volatiele fractie omvat koolwaterstofketens van diverse lengtes, welke op de hoge pyrolyse temperatuur allen gasvormig zijn. Een deel van de volatiele fractie, is door koeling in een verdere processtap condenseerbaar tot vloeibare oliën.

[16] In diverse uitvoeringsvormen, zijn verschillende werkingsmodi mogelijk. In een uitvoeringsvorm wordt gebruik gemaakt van een tank of container, welke in batch wordt gebruikt. Dit betekent dat een nieuwe lading massa pas in de tank wordt toegevoerd, na beëindiging van pyrolyse van de vorige lading. In een andere uitvoeringsvorm wordt gebruik gemaakt van een tank of container, welke in een continue modus wordt gebruikt. Dit betekent dat terwijl! pyrolyse in de tank bezig is, continu nieuw materiaal in de tank wordt toegevoerd. De snelheid van toevoeren dient dan te worden afgestemd op de snelheid waarmee massa uit de reactor verdwijnt onder de vorm van volatiele koolwaterstoffen. Ook een afwisseling tussen batch modus en continue modus zijn mogelijk bij het gebruik van een tank of container als reactor. In nog een andere uitvoeringsvorm, wordt gebruik gemaakt van een reactortype waarbij de massa wordt voortbewogen doorheen de reactor. Hierbij wordt telkens nieuwe massa aan het ene uiteinde van de reactor toegevoerd, en vindt degradatie plaats gedurende het transport doorheen de reactor richting het andere uiteinde.

-9-

[17] Binnen de methode volgens de uitvinding wordt, voor een gegeven 299538 samenstelling van de massa, de schroefvoorziening zodanig ingesteld dat de massa wordt opgewarmd tot op een zo hoog mogelijke uitgangstemperatuur alvorens in de reactor toe te voeren, zonder dat de uitgangstemperatuur een drempelwaarde overschrijdt waarbij in de schroefvoorziening het verbreken van koolstof-koolstofverbindingen wordt geïnitieerd bij deze samenstelling.

[18] Dit betekent dat de methode volgens de uitvinding het instellen van de schroefvoorziening omvat. Hierbij wordt een welbepaalde instelling gekozen, die afhangt van de samenstelling van de massa, dus van welk soort afvalmateriaal er wordt gepyrolyseerd. Dit betekent niet dat beperkte variaties over de tijd in de samenstelling, ten gevolge van de heterogeniteit in de afvalmix, telkens aanleiding geven tot nieuwe instellingen van de schroefvoorziening. Het betekent wel dat bij het omschakelen op een ander soort afvalmateriaal, bijvoorbeeld PE plastic versus rubber, de schroefvoorziening anders wordt ingesteld. Met andere woorden de schroefvoorziening ingesteld op basis van een gemiddelde samenstelling van het afvalmateriaal. Het instellen van de schroefvoorziening verwijst naar het aanpassen van de werkingscondities, bijvoorbeeld het aanpassen van het toerental van de schroef, of het aanpassen van het motorvermogen, of het aanpassen van de opwarmzones op de trommelwand, of een combinatie van deze parameters, enz.

[19] De instelling van de schroefvoorziening wordt zodanig gedaan of aangepast, dat de massa wordt opgewarmd tot op een zo hoog mogelijke temperatuur bij het verlaten van de schroefvoorziening. Een zo hoog mogelijke temperatuur verwijst hierbij naar het bereiken van een temperatuurniveau dat dicht ligt bij een drempelwaarde, zonder die drempelwaarde te overschrijden. Deze drempelwaarde is het temperatuurniveau waarbij het verbreken van koolstof-koolstofverbindingen start, dus het temperatuurniveau waarbij de makkelijkst te kraken componenten aanwezig in de massa starten met degraderen en er koolwaterstoffen vrijkomen. Bij een heterogene samenstelling, bijvoorbeeld wanneer verschillende soorten plastic gemengd zijn door elkaar, zullen op de drempelwaarde bepaalde componenten zeer dicht bij

-10- degradatie zijn, terwijl andere componenten pas starten met degraderen bij een 20/0598 hoger temperatuurniveau dan deze drempelwaarde.

[20] De vermelde drempelwaarde hangt niet enkel af van de samenstelling van de massa, maar tevens van de heersende omstandigheden of condities binnen de schroefvoorziening. Zo is er binnen de schroefvoorziening een drukopbouw binnen de massa naarmate deze naar het einde van de schroefvoorziening wordt voortbewogen. De heersende druk beïnvloedt het temperatuurniveau waarbij verbreken van koolstof-koolstof verbindingen start. Bij een hogere druk zal dit temperatuurniveau hoger liggen dan bij een lagere druk. Daarnaast wordt de drempelwaarde ook beïnvloed door de heersende atmosfeer, bijvoorbeeld een zuurstofrijke atmosfeer versus een inerte atmosfeer onder stikstof. In een uitvoeringsvorm wordt in de schroefvoorziening, nabij de uitgang of op meerdere plaatsen, en/of in de verbinding naar de reactor, stikstof geïnjecteerd ter voorkoming van ontbranding. Bij een inerte atmosfeer ligt de drempelwaarde typisch hoger dan in een zuurstofrijke atmosfeer.

[21] Dus wordt de schroefvoorziening zodanig ingesteld dat, in de omstandigheden die heersen in de schroefvoorziening, in het bijzonder nabij de uitgang, en bij de gegeven gemiddelde samenstelling, het verbreken van koolstof-koolstof verbindingen niet wordt geïnitieerd binnen de schroefvoorziening. Anderzijds is de instelling wel zodanig dat aan de uitgang van de schroefvoorziening een zo hoog mogelijke temperatuur wordt bereikt, dus een uitgangstemperatuur dicht bij de genoemde drempelwaarde. Dit betekent dat componenten in de massa die reeds dicht bij degradatie zijn aan de uitgang van de schroefvoorziening, bij toevoer in de reactor, waar de pyrolysetemperatuur heerst, zeer snel tot degradatie komen. Het is zelfs zo dat dergelijke degradatie reeds start in de verbinding tussen de schroefvoorziening en de reactor, ten gevolge van de drukverlaging of expansie na het verlaten van de schroefvoorziening. Het is mogelijk dat componenten in de massa, nog niet dicht bij degradatie zijn bij het verlaten van de schroefvoorziening, en dus nog een bepaalde opwarming nodig hebben binnen de reactor alvorens te ontbinden.

-11-

[22] De hierboven vernoemde drempelwaarde verwijst naar het verbreken 99938 van koolstof-koolstof verbindingen. Het verbreken van andere verbindingen, bijvoorbeeld verbindingen tussen koolstof en halogenen, wordt typisch reeds geïnitieerd op een temperatuur beneden de vernoemde drempelwaarde. Typisch zullen dus binnen de schroefvoorziening bijvoorbeeld halogenen vrijkomen, bijvoorbeeld als HCI dampen. Deze kunnen uit de schroefvoorziening worden verwijderd via een uitlaatpoort.

[23] In een uitvoeringsvorm omvat de methode het empirisch bepalen van de drempelwaarde. Immers, gezien de mogelijk heterogene samenstelling van het afvalmateriaal, en de afhankelijkheid van de omstandigheden binnen de schroefvoorziening, is het mogelijk dat genoemde drempelwaarde niet eenvoudig te bepalen is uit bijvoorbeeld tabellen in de literatuur. Bijvoorbeeld worden de instellingen van de schroefvoorziening geleidelijk gevarieerd, om te detecteren wanneer het verbreken van koolstof-koolstof verbindingen, met vrijkomen van volatiele koolwaterstoffen, wordt geïnitieerd.

[24] In een uitvoeringsvorm wordt, wanneer de drempelwaarde gekend is, of werd bepaald, deze waarde gebruikt om te bepalen hoe de schroefvoorziening moet worden ingesteld, voor pyrolyse van een gegeven massa met gegeven gemiddelde samenstelling. Bijvoorbeeld wordt uit de drempelwaarde een gewenste uitgangstemperatuur berekend, door hanteren van een veiligheidsmarge. Vervolgens worden instellingen van de schroefvoorziening gekozen, bijvoorbeeld een keuze van het toerental of motorvermogen die resulteren in de gewenste uitgangstemperatuur. Wordt er op een ander moment beslist om een andere soort afvalmateriaal te verwerken, of zijn er grote veranderingen in de gemiddelde samenstelling, dan wordt de instelling opnieuw bepaald en aangepast op analoge wijze. In een andere uitvoeringsvorm gebeurt het instellen van de schroefvoorziening op basis van een meting die het vrijkomen van volatiele koolwaterstoffen in de schroefvoorziening detecteert.

[25] In een uitvoeringsvorm gebeurt het instellen van de schroefvoorziening via een sturingseenheid, bijvoorbeeld omvat de schroefvoorziening een invoerscherm voor invoeren van instelparameters en een controller of PLC voor

-12- het overeenkomstig instellen van de schroefvoorziening. In een Litvoeringsvorm 0008 gebeurt het bepalen van de optimale instelling van de schroefvoorziening, en/of het bepalen van een gewenste uitgangstemperatuur, in een rekeneenheid zoals computer, controller of PLC.

[26] Binnen de methode volgens de uitvoering gebeurt de instelling van de schroefvoorziening met het oog op, of in functie van, het bereiken van een zo hoog mogelijke uitgangstemperatuur zonder de drempelwaarde te overschrijden. Ondanks de instelling in functie van een beoogde uitgangstemperatuur, is het mogelijk dat in een gemeten uitgangstemperatuur bepaalde variaties, of afwijkingen van de gewenste uitgangstemperatuur in de tjd optreden. Ook is dergelijke gemeten temperatuur typisch niet uniform verdeeld over een doorsnede van de schroefvoorziening, zodat er plaatselijke afwijkingen van de gewenste uitgangstemperatuur kunnen optreden. Ten slotte is het ook mogelijk dat de schroefvoorziening wordt ingesteld in functie van een beoogde uitgangstemperatuur, maar ten gevolge van beperkingen op de schroefvoorziening, bijvoorbeeld te wijten aan het ontwerp of motoreigenschappen, de beoogde uitgangstemperatuur niet wordt bereikt.

[27] De methode volgens de uitvinding gaat gepaard met diverse voordelen. Een eerste voordeel betreft een verbeterde energie- en tijdsefficiëntie. Inderdaad, voor de overgang van een afvalmateriaal bestaande uit vaste stukjes naar een gesmolten toestand is het gebruik van een schroefvoorziening een zeer efficiënte manier om de nodige warmtetoevoer tot stand te brengen.

Immers vormt in de vaste en visceuze toestand van de massa de gerealiseerde wrijving of afschuiving een efficiënte manier om de massa op te warmen, en zijn er binnen de schroefvoorziening weinig oppervlakken aanwezig waarlangs warmteverliezen kunnen optreden. Ook wordt de aanwezige massa binnen de schroefvoorziening gecompacteerd, zodat lucht, aanwezig tussen de brokstukken afvalmateriaal en hinderlijk voor de warmteoverdracht, wordt verwijderd. Anderzijds, doordat de massa reeds sterk wordt opgewarmd binnen de schroefvoorziening, bevindt ze zicht reeds in een goed vloeibare toestand bij inbreng in de reactor. Dergelijke vloeibare toestand is optimaal voor een goede warmteoverdracht binnen de reactor, gezien een goed contact met de wand

-13- mogelijk is, op alle plaatsen van de wand, en gezien warmte zich goed doorheen 1299958 de massa kan transporteren. Ook zal na toevoer in de reactor zeer snel degradatie beginnen; er dient niet voorafgaand nog een belangrijke opwarming plaats te vinden in de reactor vooraleer de eigenlijke degradatie start. Met andere woorden wordt de reactor enkel gebruik waarvoor hij bedoeld is, namelijk voor pyrolyse, en niet voor een inefficiënte voorafgaande opwarming. Bijgevolg wordt de nodige warmte die naar de massa dient te worden toegevoerd, op de meest efficiënte wijze verdeeld tussen de schroefvoorziening en de reactor. Dit draagt enerzijds bij tot een kortere verblijftijd in de reactor, en verbeterde tijdsefficiëntie, doorvoersnelheid en productiecapaciteit. Anderzijds draagt dit bij tot een verbeterde energie-efficiëntie, waarbij globaal minder energie vereist is om het oorspronkelijke afvalmateriaal om te zetten in pyrolyseproducten. De methode volgens de uitvinding levert dus een tijds- en energie efficiënte oplossing, en dit voor elk type van reactor. Er is geen speciaal type reactor of speciaal ontwerp van de reactor vereist, zelfs de meest eenvoudige vorm van reactor zoals een container of tank volstaat.

[28] Een ander voordeel betreft een verbeterde kwaliteit van de pyrolyseproducten. Deze kwaliteitsverbetering situeert zich op verschillende vlakken. Vooreerst, doordat de massa op hoge temperatuur in de reactor wordt toegevoerd, is de verblijftijd in de reactor lager. Hierdoor zal minder herkraken van pyrolyse producten optreden, zodat een grotere fractie aan condenseerbare koolwaterstoffen met langere ketens ontstaat. De condenseerbare koolwaterstoffen zijn typisch de gewenste producten, bijvoorbeeld voor gebruik als vloeibare brandstof. Ten tweede, wanneer gebruik gemaakt wordt van een tank als reactor en deze in continue modus wordt gebruikt, dan zorgt het maximaal opwarmen in de schroefvoorziening voor een kleiner temperatuurverschil tussen nieuw materiaal dat in de reactor wordt toegevoerd, en materiaal dat reeds aanwezig was in de reactor. Op die manier wordt een aan de gang zijnde pyrolyse in de reactor minder verstoord door het toevoeren van nieuw materiaal op lagere temperatuur. Dit zorgt voor een homogenere temperatuurverdeling binnen de reactor, en als dusdanig voor minder spreiding in de ontstane producten, met een piek bij de gewenste eindproducten. Dit zorgt

„14 - er tevens voor dat componenten die moeilijk kraken, binnen een beperkte 7949/9536 verblijftijd in de reactor tot degradatie komen. Tenslotte is er een kwaliteitsverbetering op het vlak van reductie van polluenten in de pyrolyse producten. Immers, gezien de massa in de schroefvoorziening tot op hoge temperatuur wordt opgewarmd, vindt hier reeds ontwatering en een start van dehalogenering plaats. De ontstane dampen kunnen makkelijk uit de schroefvoorziening worden afgelaten via een uitlaatpoort, zodat deze polluenten niet worden meegevoerd in de reactor, en ze niet in de pyrolyseproducten terecht komen. Het is zelfs mogelijk om de schroefvoorziening te gebruik als kwaliteitscontrole, en bij vaststelling van een te grote aanwezigheid van bijvoorbeeld chloor in de dampen die vrijkomen uit de schroefvoorziening, de lading afvalmateriaal te isoleren en niet verder te verwerken in de reactor.

[29] Tenslotte is de methode volgens de uitvinding voordelig op het vlak van gerealiseerde opbrengst (Engels: ‘yield’). Een belangrijk aspect dat deze opbrengst beïnvloedt is het optreden van carbonisatie op de reactorwand: blijft een deeltje massa aan de reactorwand kleven en treedt daar lokale oververhitting op, dan wordt deze massa verkoold, zodat de opbrengst aan volatiele koolwaterstoffen daalt. Gezien de goed vloeibare toestand van de massa bij inbreng in de reactor, is er op alle plaatsen van de reactorwand een optimaal contact met de massa. Op die manier wordt vermeden dat de reactorwand ongelijk afkoelt, er lokaal oververhitting ontstaat, en deze hete plaatsen bij een volgend contact met afvalmateriaal aanleiding geven tot carbonisatie. Dit draagt niet alleen bij tot een verbeterde opbrengst, maar vermijdt tevens dat asdeeltjes worden meegevoerd en zo de pyrolyseproducten vervuilen.

[30] Optioneel, volgens conclusie 2, wordt de schroefvoorziening ingesteld op basis van een gewenste uitgangstemperatuur, waarbij deze gewenste uitgangstemperatuur wordt bepaald op basis van de drempelwaarde. Dit betekent dat de methode het bepalen van een gewenste uitgangstemperatuur voor de schroefvoorziening omvat, op basis van de hierboven vermelde

-15- drempelwaarde, en het instellen van de schroefvoorziening op basis van de 9209538 gewenste uitgangstemperatuur. Het bepalen van de gewenste uitgangstemperatuur op basis van de drempelwaarde gebeurt bijvoorbeeld door een veiligheidsmarge te hanteren. Bijvoorbeeld wordt de gewenste uitgangstemperatuur berekend als een percentage van de drempelwaarde, of als de drempelwaarde verminderd met een temperatuurmarge. In een uitvoeringsvorm gebeurt dergelijke berekening op een computer, PLC of controller. Het instellen van de schroefvoorziening op basis van de gewenste uitgangstemperatuur, betekent dat er uit de gewenste uitgangstemperatuur een optimale instelling van de schroefvoorziening wordt bepaald, ie. één of meerdere optimale instellingsparameters worden bepaald, en de schroefvoorziening overeenkomstig wordt ingesteld. Instellingsparameters voor de schroefvoorziening zijn bijvoorbeeld het toerental van de één of meerdere schroeven, of het vermogen van de aandrijvingsmotor, instellingen met betrekking tot verwarming van de trommelwand van de schroefvoorziening, instellingen met betrekking tot opwarmzones op de trommelwand, enz. Bijvoorbeeld worden de optimale instellingsparameters uit de gewenste uitgangstemperatuur afgeleid door hanteren van tabellen of regels aangereikt door de fabrikant van de schroefvoorziening. In een andere uitvoeringsvorm is ereen sturingseenheid aanwezig, bijvoorbeeld een controller of PLC, welke op basis van een ingegeven gewenste uitgangstemperatuur, de instellingen van de schroefvoorziening automatisch bepaalt en bijstuurt.

[31] Door het hanteren van een veiligheidsmarge zoals hierboven vermeld, kan een afweging worden gemaakt tussen efficiëntie en risico op opbrengstverlies. Een lagere veiligheidsmarge resulteert in een hogere uitgangstemperatuur en dus bereiken van hogere tijds- en energie-efficiëntie Anderzijds resulteert een lagere veiligheidsmarge in een groter risico dat er in de schroefvoorziening tijdelijk reeds volatiele koolwaterstoffen ontstaan, en deze de schroefvoorziening verlaten bijvoorbeeld via een uitlaatpoort voor dehalogenering. Dit geeft dan een lagere opbrengst aan pyrolyse producten uit de reactor. Omgekeerd vermindert een hogere veiligheidsmarge het risico op

- 16 - verlies aan opbrengst, maar worden ook de voordelen op vlak van hogere tijds? 6960/5598 en energie-efficiéntie gereduceerd.

[32] Optioneel, volgens conclusie 3, wordt de drempelwaarde bepaald op basis van de samenstelling van de massa en heersende druk en/of atmosfeer in de schroefvoorziening. Dit betekent dat de methode het bepalen van de drempelwaarde omvat, op basis van de samenstelling van de te pyrolyseren massa, en op basis van heersende omstandigheden in de schroefvoorziening. De in rekening te brengen samenstelling is hierbij een gemiddelde samenstelling. Dit wil zeggen dat het beschouwde afvalmateriaal een heterogene mix kan zijn, maar dat beperkte variaties over de tijd worden uitgemiddeld. De drempelwaarde waarbij het verbreken van koolstof-koolstof verbindingen wordt geïnitieerd hangt niet enkel af van de samenstelling van de massa, maar tevens van de heersende omstandigheden of condities binnen de schroefvoorziening. Zo is er binnen de schroefvoorziening een drukopbouw binnen de massa naarmate deze naar het einde van de schroefvoorziening wordt voortbewogen. De heersende druk beïnvloedt het temperatuurniveau waarbij verbreken van koolstof-koolstof verbindingen start. Bij een hogere druk zal dit temperatuurniveau hoger liggen dan bij een lagere druk. Daarnaast wordt de drempelwaarde ook beïnvloed door de heersende atmosfeer, bijvoorbeeld een zuurstofrijke atmosfeer versus een inerte atmosfeer onder stikstof. In een uitvoeringsvorm wordt in de schroefvoorziening, nabij de uitgang of op meerdere plaatsen, en/of in de verbinding naar de reactor, stikstof geïnjecteerd ter voorkoming van ontbranding. Bij een inerte atmosfeer ligt de drempelwaarde typisch hoger dan in een zuurstofrijke atmosfeer. De methode omvat dus het bepalen van de drempelwaarde, rekening houdende met samenstelling en omstandigheden in de schroefvoorziening. Bijvoorbeeld worden hiertoe tabellen ingelezen, of wordt de drempelwaarde op empirische wijze bepaald. Het rekening houden met de heersende druk en/of atmosfeer in de schroefvoorziening bij het bepalen van de drempelwaarde, heeft als voordeel dat de gewenste uitgangstemperatuur hoger zal worden gekozen dan wanneer geen rekening wordt gehouden met de verhoogde druk binnen de schroefvoorziening en/of inerte atmosfeer. Immers laten deze verhoogde druk en/of inerte atmosfeer toe om in de schroefvoorziening maximaal warmte naar

-17- de massa toe te voeren, zonder dat de massa reeds begint te degraderen: 6960/5598 Dergelijke maximale warmtetoevoer in de schroefvoorziening draagt bij tot een verbeterde tijds- en energie-efficiëntie, verbeterde kwaliteit van de producten, en verminderd risico op carbonisatie in de reactor.

[33] Optioneel, volgens conclusie 4, wordt de schroefvoorziening ingesteld op basis van een meting die het vrijkomen van volatiele koolwaterstoffen in de schroefvoorziening detecteert. In een uitvoeringsvorm is een meting die het vrijkomen van volatiele koolwaterstoffen in de schroefvoorziening detecteert, een meting die de samenstelling controleert van de dampen die de schroefvoorziening verlaten via een uitgangspoort. Dergelijke uitgangspoort is typisch aanwezig om dehalogenering toe te laten, dit wil zeggen het verwijderen uit de schroefvoorziening van dampen die vrijkomen door verbreken van verbindingen met halogenen. In een andere uitvoeringsvorm wordt gebruik gemaakt van een meting welke toelaat om de aanwezigheid van gecondenseerde koolwaterstoffen op een oppervlak in of rond de schroefvoorziening, resulterend uit vrijgekomen volatiele koolwaterstoffen, vast te stellen. Wanneer uit dergelijke meting wordt vastgesteld dat reeds koolstof- koolstof verbindingen worden verbroken binnen de schroefvoorziening, dan betekent dit dat de drempelwaarde tijdelijk werd overschreden, en wordt de schroefvoorziening ingesteld, of bijgestuurd of geregeld, om dit overschrijden van de drempelwaarde nadien te vermijden. In een uitvoeringsvorm is er geen berekening op basis waarvan een gewenste uitgangstemperatuur en instelling van de schroefvoorziening gebeurt, en gebeurt de instelling van de schroefvoorziening louter op basis van de meting. Het kan hierbij gaan om een eenmalige instelling, op basis van een meting uitgevoerd binnen een test, of om een continue bijsturing of regeling van de schroefvoorziening op basis van een continue meting. In een andere uitvoeringsvorm is de instelling op basis van de meting aanvullend op een berekening van een gewenste uitgangstemperatuur en instelling van de schroefvoorziening. In dit laatste geval wordt de meting bijvoorbeeld gebruikt als controle of voor kleine bijsturingen op de schroefvoorziening.

-18-

[34] Optioneel, volgens conclusie 5, wordt de schroefvoorziening ingesteld 9998 door aanpassen van een parameter indicatief voor een schroefsnelheid, en/of een motorvermogen, en/of een opwarming van de wand van de schroefvoorziening, en/of een opwarming van een schroef van de schroefvoorziening. Een parameter indicatief voor een schroefsnelheid is bijvoorbeeld een omwentelingssnelheid of toerental van de één of meerdere schroeven van de schroefvoorziening. Een parameter indicatief voor een motorvermogen verwijst naar een vermogen van de aandrijfmotor van de schroefvoorziening, uitgedrukt in absolute cijfers, als percentage van een maximaal of nominaal vermogen, enz. Een parameter indicatief voor een opwarming van de wand van de schroefvoorziening verwijst bijvoorbeeld naar een instelling van de externe warmtebron die instaat voor het verwarmen van de trommelwand van de schroefvoorziening. Een ander voorbeeld is de verdeling van de warmtetoevoer tussen verschillende zones op de trommelwand. Een parameter indicatief voor een opwarming van een schroef van de schroefvoorziening verwijst bijvoorbeeld naar het sturen van een externe warmtebron of opwarmmedium, bijvoorbeeld verwarmde olie, welke instaat voor het verwarmen van de één of meerdere schroeven aanwezig in de schroefvoorziening.

[35] Optioneel, volgens conclusie 6, is de uitgangstemperatuur aan de uitgang van de schroefvoorziening hoger dan een temperatuurniveau waarbij het vrijkomen van gassen omvattende halogenen wordt geïnitieerd in de schroefvoorziening, zodat gedurende het opwarmen in de schroefvoorziening gassen omvattende halogenen vrijkomen uit de massa. Bevat het afvalmateriaal halogenen, zoals bijvoorbeeld Chloor of Broom, dan zal typisch het verbreken van verbindingen tussen koolstof en halogenen bij een lager temperatuurniveau gebeuren dan het verbreken van verbindingen tussen koolstofatomen onderling. De uitgangstemperatuur aan de uitgang van de schroefvoorziening wordt dus nog hoger gekozen dan het temperatuurniveau waarbij het vrijkomen van halogenen wordt geïnitieerd. Met andere woorden treedt dehalogenering op tijdens het verblijf van de massa in de schroefvoorziening, waarbij halogenen bijvoorbeeld onder de vorm van chlorides of bromides de schroefvoorziening

-19- verlaten via een uitlaatpoort. Het vrijkomen van halogenen dient niet 6960/5598 noodzakelijk beëindigd te zijn bij het verlaten van de schroefvoorziening, en kan verder plaats vinden binnen de reactor. Het vrijkomen van halogenen uit de schroefvoorziening heeft als voordeel dat deze polluenten niet worden meegevoerd in de reactor, en ze niet in de pyrolyseproducten terecht komen. Het is zelfs mogelijk om de schroefvoorziening te gebruik als kwaliteitscontrole, en bij vaststelling van een te grote aanwezigheid van bijvoorbeeld chloor in de dampen die vrijkomen uit de schroefvoorziening, de lading afvalmateriaal te isoleren en niet verder te verwerken in de reactor.

[36] Optioneel, volgens conclusie 7, wordt de hoeveelheid warmte nodig voor pyrolyse van de massa startende op een omgevingstemperatuur van 20°C, door de massa opgenomen voor 60% tot 70% in de schroefvoorziening en voor 30% tot 40% in de reactor. Om een massa afvalmateriaal op een omgevingstemperatuur van 20°C om te zetten tot koolwaterstoffen met lager moleculair gewicht, dient een hoeveelheid warmte door deze massa te worden opgenomen. Deze warmte wordt naar de massa toegevoerd, deels via de schroefvoorziening en deels via de reactor. In de schroefvoorziening wordt warmte toegevoerd via mechanische afschuiving, al dan niet aangevuld met een extern warmtebron om trommelwand of schroef te verwarmen. In de reactor wordt warmte toegevoerd door de reactorwand te verwarmen aan de hand van een externe warmtebron. De schroefvoorziening wordt ingesteld, zodanig dat een relatief groot aandeel van de benodigde warmte door de massa reeds wordt opgenomen in de schroefvoorziening. Namelijk wordt 60 tot 70% van de warmte die door de massa wordt opgenomen gedurende het proces vanaf ingang schroefvoorziening tot het verlaten van de reactor, opgenomen in de schroefvoorziening. De resterende 30 tot 40% wordt dan opgenomen in de reactor. Het gaat hierbij over de warmte die effectief wordt opgenomen door de massa om de transformatie te ondergaan. Op die manier wordt de schroefvoorziening maximaal ingezet, in dat deel van de opwarming waar hij een efficiëntere warmteoverdracht kan realiseren dan dat dit in een reactor kan. Anderzijds levert de hoge vloeibaarheid van het materiaal in de reactor en het goede contact met de reactorwand daar ook een efficiëntere warmteoverdracht.

-20- Op die manier dient globaal minder energie naar het proces te worden, 7940/9536 toegevoerd, bijvoorbeeld via de aandrijving van de schroefvoorziening en de brandstof of elektrische energie van de reactorverwarming. Dit draagt bij tot een verbeterde energie-efficiëntie. Ook wordt de nodige verblijftijd in de reactor, welke bottleneck is in het proces, vermindert, wat bijdraagt tot een verbeterde tijdsefficiëntie of capaciteit.

[37] Optioneel, volgens conclusie 8, bestaat het afvalmateriaal voor minstens 80% van zijn massapercentage uit PolyEthyleen en/of PolyPropyleen, en is de uitgangstemperatuur aan de uitgang van de schroefvoorziening hoger dan 330°C, bij voorkeur tussen 340°C en 380°C. Het afvalmateriaal is dus een mix van plastic, hoofdzakelijk PE (PolyEthyleen) en PP (PolyPropyleen). Behalve PE en PP komt er in het afvalmateriaal ook vervuiling voor, bijvoorbeeld inerte materialen zoals glas, zand, Aluminium, … , organisch afval, sporen van PVC, enz. Bij deze samenstelling van het afvalmateriaal, wordt de schroefvoorziening zodanig ingesteld dat de uitgangstemperatuur hoger is dan 330°C, bij voorkeur tussen 340°C en 380°C.

[38] Optioneel, volgens conclusie 9, is de reactor een tank aangepast om tot op een vulniveau met de massa te worden gevuld, waarbij binnen de tank - een mengvoorziening aanwezig is aangepast om de massa binnen de tank te mengen, of geen dergelijke mengvoorziening aanwezig is; - geen voorziening aanwezig is om de massa te transporteren doorheen de tank; - geen voorziening aanwezig is om de massa op te warmen via een oppervlak verschillend van de reactorwand. Dit betekent dat een type reactor beschouwd wordt onder de vorm van een tank of container met een bepaalde vulcapaciteit. Het is dus een type reactor met een vast bed, waarbij de massa niet doorheen de reactor wordt getransporteerd. In een uitvoeringsvorm is het wel mogelijk dat er beweging is van de aanwezige massa ten opzichte van de reactorwand ten gevolge van menging binnen de tank. Bijvoorbeeld is het een verticaal opgestelde tank met centrale roerstaaf, of een horizontaal opgestelde tank met mixer. Binnen de reactor is, behalve de

-21- reactorwand geen oppervlak aanwezig om de massa op te warmen. pe 0205538 opwarming van de massa gebeurt dus louter via de reactorwand, niet via bijvoorbeeld een verwarmde schroef binnen in de reactor. De reactor kan op verschillende manieren worden uitgebaat, bijvoorbeeld in batch, in continue modus of in semi-continue modus. Semi-continue modus verwijst naar het afwisselen tussen een continue modus en batch modus. Het gebruik van dergelijk type reactor heeft als voordeel dat de reactor eenvoudig en robuust is, wat hem goedkoper, betrouwbaar en onderhoudsvriendelijk maakt. Immers zijn er geen onderdelen vereist om een transport van de massa doorheen de reactor te realiseren. Ook heeft dit type als voordeel dat een goede controle mogelijk is over de temperatuur, en deze kan gestuurd worden om voor alle aanwezige massa tot zo volledig mogelijke degradatie te komen. Tot slot stelt zich bij dit type van tank reactor, waarbij een omvangrijke tank gevuld is met een grote massa materiaal, des te meer het probleem dat het tijd vergt om de warmte van de reactorwand tot overal in de massa te brengen. Het gebruik van een schroefvoorziening tot op een zo hoog mogelijke uitgangstemperatuur resulteert dan in een goede energie- en tijdsefficiëntie, zelfs wanneer van dit eenvoudig type tank reactor wordt gebruik gemaakt.

[39] Optioneel, volgens conclusie 10, wordt de massa tijdens het thermisch degraderen continu gemengd en bewogen lang de reactorwand, aan de hand van de mengvoorziening aanwezig binnen de reactor. Dit betekent dat de reactor een mengvoorziening omvat, geplaatst binnen de reactorwand. De mengvoorziening is zodanig dat ze instaat voor het mengen van de massa en het bewegen van de massa langs de reactorwand. Bijvoorbeeld betreft het een horizontaal opgestelde reactor met hierin een mixer omvattende schoepen bevestigd op een horizontale as, waarbij bepaalde schoepen schrapen langs de reactorwand. Het gebruik van een dergelijke mengvoorziening heeft als voordeel dat gedurende de pyrolyse, de massa continu wordt gemengd, wat resulteert in een homogene temperatuurverdeling binnen de massa en bijgevolg grote fractie aan gewenste pyrolyse producten. Bovendien wordt massa die vastkleeft aan de wand continu opnieuw los gemaakt, zodat carbonisatie

-22- vermeden wordt. Dit resulteert in een hogere opbrengst en vermijdt dat 2095538 asdeeltjes worden meegevoerd in de pyrolyseproducten.

[40] Optioneel, volgens conclusie 11, wordt, minstens gedurende een deel van detijd, nieuwe massa op de uitgangstemperatuur toegevoerd in de reactor gedurende het thermisch degraderen van andere massa reeds aanwezig in de reactor, met menging van de nieuwe massa en de andere massa. Dit betekent dat de reactor een tank of container is, waarin pyrolyse plaatsvindt, en ondertussen nieuwe massa wordt toegevoerd in de tank. De reactor kan hierbij in continue modus worden gebruikt, of in semi-continue modus. Bij toevoer van de nieuwe massa in de tank, wordt deze nieuwe massa gemengd met de reeds aanwezige andere massa. In deze omstandigheden is het voordelig dat de nieuwe massa op zo hoog mogelijke temperatuur wordt toegevoerd, waarbij de aanwezige andere massa weliswaar op hogere temperatuur staat dan de nieuwe massa, maar het temperatuurverschil tussen beiden beperkt is. Dit beperkte temperatuurverschil heeft als voordeel dat de aan de gang zijnde pyrolyse van de aanwezige andere massa minimaal wordt verstoord wanneer nieuwe massa op lagere temperatuur wordt toegevoerd. Op die manier kunnen componenten aanwezig in de massa die moeilijk tot degradatie komen toch binnen een redelijke verblijftijd worden gepyrolyseerd. Ook wordt de warmte reeds aanwezig in de reactor gebruikt om de nieuw toegevoerde massa snel tot degradatie te brengen.

[41] Optioneel, volgens conclusie 12, wordt de reactor afwisselend in continue modus en in batch modus gebruikt, waarbij - In de continue modus, continu massa op de uitgangstemperatuur wordt toegevoerd in de reactor gedurende het thermisch degraderen, en - in de batch modus, geen massa wordt toegevoerd in de reactor gedurende het thermisch degraderen.

Dit betekent dat een deel van de tijd nieuwe massa wordt toegevoerd in de reactor terwijl reeds pyrolyse aan de gang is van andere massa aanwezig in de reactor. Een ander deel van de tijd is pyrolyse bezig in de reactor, zonder dat gelijktijdig nieuwe massa wordt toegevoerd. De reactor wordt dus een deel van

-23- de tijd in continue modus gebruikt, en een deel van de tijd in batch modus, met 0008 afwisseling tussen de twee modi. Dergelijke gebruiksmodus wordt ook benoemd als een semi-continu of semi-batch proces. Het voordeel van dergelijke afwisseling tussen continue en batch modus is dat gedurende de continue modus componenten die makkelijk kraken en reeds dicht bij degradatie staan onmiddellijk na toevoer in de reactor worden omgezet in pyrolyse producten. Anderzijds krijgen componenten die moeilijk kraken, en hiervoor een hoge temperatuur vereisen, de kans om tijdens de batch modus tot degradatie te komen. Immers is er tijdens deze batch modus geen verstoring van de temperatuur ten gevolge van nieuw toegevoerde massa. Dit resulteert in een optimale combinatie van enerzijds capaciteit en anderzijds kwaliteit van de pyrolyse producten.

[42] In een uitvoeringsvorm wordt van de continue modus op de batch modus overgeschakeld bij het bereiken van een vooraf ingesteld vulniveau in de reactor, en wordt de batch modus beëindigd wanneer geen vorming van volatiele koolwaterstoffen meer optreedt.

[43] Optioneel, volgens conclusie 13, wordt gedurende het thermisch degraderen de reactorwand opgewarmd zodanig dat binnen de reactor een pyrolysetemperatuur heerst hoger dan de voornoemde drempelwaarde, bij voorkeur 50°C tot 150°C hoger dan de drempelwaarde. Dit betekent dat de massa binnen de schroefvoorziening wordt opgewarmd tot op een temperatuur dicht tegen de drempelwaarde waarbij het verbreken van koolstof- koolstofverbindingen wordt geïnitieerd. Binnen de reactor echter, heerst een nog hogere temperatuur, namelijk de pyrolysetemperatuur. Dit betekent dat componenten in de massa die reeds dicht bij degradatie zijn aan de uitgang van de schroefvoorziening, bij toevoer in de reactor onmiddellijk degraderen, met vorming van volatiele koolwaterstoffen. Anderzijds zullen andere componenten In de massa eerst verder opwarmen tot de pyrolysetemperatuur in de reactor en vervolgens beginnen degraderen. Op die manier wordt een zo volledig mogelijke degradatie bekomen, en dit binnen een korte verblijftijd in de reactor.

„24 -

[44] In een uitvoeringsvorm bestaat het afvalmateriaal voor minstens 80% var 7920/5598 zijn massapercentage uit PolyEthyleen en/of PolyPropyleen, en ligt minstens gedurende een deel van de tijd de pyrolysetemperatuur tussen 400°C en 450°C, bij voorkeur tussen 410°C en 430°C.

[45] Optioneel, volgens conclusie 14, is de pyrolysetemperatuur in de reactor hoger tijdens de batch modus dan tijdens de continue modus, bij voorkeur 60°C tot 100°C hoger. In een uitvoeringsvorm wordt de temperatuur van de reactorwand gestuurd naar een hogere waarde tijdens de batch modus dan tijdens de continue modus. In een andere uitvoeringsvorm wordt dezelfde temperatuur van de reactorwand aangehouden tijdens de continue en batch modus, en ontstaat de hogere pyrolysetemperatuur in de reactor tijdens de batch modus doordat geen nieuwe massa op lagere temperatuur in de reactor wordt toegevoerd. Dergelijk verschil in de pyrolysetemperatuur tijdens de continue en batch modus heeft als voordeel dat gedurende de continue modus componenten in de massa die reeds dicht bij degradatie zijn bij toevoer in de reactor snel tot kraken komen in de reactor, zonder veel risico op herkraken. De pyrolysetemperatuur is dus voldoende hoog, maar niet te hoog om te vermijden dat veel ketens van korte lengte zouden ontstaan. Anderzijds krijgen componenten die moeilijk kraken, tijdens de batch modus de kans om extra op te warmen, en op die manier ook in een beperkte tijd tot degradatie te komen.

[46] In een uitvoeringsvorm bestaat het afvalmateriaal voor minstens 80% van zijn massapercentage uit PolyEthyleen en/of PolyPropyleen, en ligt de pyrolysetemperatuur tijdens de batch modus tussen 400°C en 450°C, bij voorkeur tussen 410°C en 430°C, en ligt de pyrolysetemperatuur tijdens de continue modus tussen 460°C en 550°C, bij voorkeur tussen 490°C en 510°C.

[47] Volgens een tweede aspect van onderhavige uitvinding worden de hierboven geïdentificeerde doelstellingen verwezenlijkt door een systeem voor pyrolyse van een massa afvalmateriaal, zoals gedefinieerd door conclusie 15, omvattende: - een schroefvoorziening aangepast om warmte toe te voeren naar de massa, minstens gedeeltelijk door mechanische afschuiving, zodat de massa aanwezig

-25- in de schroefvoorziening smelt, waarbij de massa minstens ten dele naar 92015598 vloeibare toestand wordt omgezet; - een reactor gekoppeld met de schroefvoorziening, aangepast om in afwezigheid van zuurstof warmte toe te voeren naar de massa door verwarmen van de reactorwand met een externe warmtebron, zodat de massa aanwezig in de reactor thermisch degradeert, waarbij door pyrolyse koolstof- koolstofverbindingen in de massa worden verbroken en volatiele koolwaterstoffen ontstaan, waarbij het systeem een stuureenheid omvat die de schroefvoorziening instelt zodanig dat voor een samenstelling van de massa, de massa wordt opgewarmd tot op een uitgangstemperatuur alvorens in de reactor toe te voeren, waarbij de uitgangstemperatuur een drempelwaarde niet overschrijdt, deze drempelwaarde zijnde het temperatuurniveau waarbij degradatie, met verbreken van koolstof-koolstofverbindingen in de massa, start, zodanig dat: - binnen de schroefvoorziening, geen degradatie van de massa optreedt bij die samenstelling, en - de degradatie start in de verbinding tussen de schroefvoorziening en de reactor, gedurende een expansie van de massa na het verlaten van de schroefvoorziening.

[48] Het systeem volgens de uitvinding omvat dus een schroefvoorziening, een reactor en een stuureenheid. De schroefvoorziening en de reactor worden gedefinieerd zoals hierboven beschreven voor de methode volgens conclusie 1 van de uitvinding. De aanwezige stuureenheid is zodanig dat hiermee een welbepaalde instelling van de schroefvoorziening wordt bekomen, namelijk een instelling waarbij de uitgangstemperatuur van de schroefvoorziening hoog is maar de drempelwaarde niet overschrijdt. De drempelwaarde wordt gedefinieerd zoals hierboven beschreven voor de methode volgens conclusie 1 van de uitvinding. Een stuureenheid is bijvoorbeeld een regelaar, PLC of controller. In een uitvoeringsvorm is de stuureenheid aangepast om de schroefvoorziening in te stellen op basis van input ontvangen van een rekeneenheid, en is deze rekeneenheid geconfigureerd om een gewenste uitgangstemperatuur te berekenen voor opwarming in genoemde

- 26 - schroefvoorziening, op basis van de drempelwaarde. In een andere 7020/5599 uitvoeringsvorm is de stuureenheid aangepast om de schroefvoorziening in te stellen op basis van input ontvangen van een meeteenheid, waarbij deze meeteenheid is geconfigureerd om een meting te doen die het vrijkomen van volatiele koolwaterstoffen in de schroefvoorziening detecteert. In nog een andere uitvoeringsvorm is de stuureenheid aangepast om de schroefvoorziening in te stellen op basis van input ontvangen van een rekeneenheid en een meeteenheid.

Korte Beschrijving van de Tekeningen

[49] Fig. 1 illustreert een systeem, in een uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, en de stappen aanwezig in de overeenkomstige methode.

[50] Fig. 2, Fig. 3 en Fig. 4 illustreren elk een mogelijkheid voor het instellen van de schroefvoorziening, volgens drie verschillende uitvoeringsvormen van de uitvinding.

Gedetailleerde Beschrijving van de Uitvoeringsvormen

[51] Fig. 1 illustreert de elementen aanwezig in een systeem 100 volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding, en de stappen aanwezig in de overeenstemmende methode. Het systeem 100 omvat een schroefvoorziening 200, een reactor 101 en een stuureenheid 113. De schroefvoorziening 200 is verbonden met de reactor 101 via een verbinding 110. In de getoonde uitvoeringsvorm is de schroefvoorziening 200 een twin-screw extruder omvattende een dubbele schroef 201, binnen een trommel 208 en aangedreven door een motor 103. In een andere uitvoeringsvorm is een ander type schroefvoorziening mogelijk, bijvoorbeeld met enkele schroef. Via een toevoer 102 kan een massa afvalmateriaal worden toegevoerd in de schroefvoorziening

200. Het afvalmateriaal is bijvoorbeeld een mengsel van plastic afval, waarin diverse soorten plastic kunnen aanwezig zijn, bijvoorbeeld PE (Polyethyleen),

„27 - PP (Polypropyleen), PVC (Polyvinylchloride), PET (Polyethyleentereftalaat), ps 9209538 (Polystyreen), enz. Andere voorbeelden van afvalmateriaal zijn organisch afval, voedingsresten, slachtafval, veevoer, rubber, hout, textiel, enz. Eventueel kan een bepaalde voorbewerking van de originele mix aan afvalmateriaal gebeuren.

Bijvoorbeeld kan plastic afval eerst een selectie ondergaan, of kan het worden omgevormd tot pellets alvorens in de toevoer 102 terecht te komen. Binnen de schroefvoorziening wordt de toegevoerde massa door het draaien van de schroeven 201 voortbewogen, onder druk gebracht en opgewarmd. In de getoonde uitvoeringsvorm gebeurt de opwarming zuiver door mechanische afschuiving, ten gevolge van wrijving gecreëerd door het draaien van de schroeven 201 binnen de trommel 208. Andere uitvoeringsvormen zijn evenwel mogelijk, bijvoorbeeld waarbij de trommelwand 208 wordt verwarmd aan de hand van een externe warmtebron, of waarbij de schroeven 201 worden verwarmd. Bij de opwarming in de schroefvoorziening treedt smelten op van de toegevoerde massa afvalmateriaal. Massa die de schroefvoorziening verlaat kan aan de hand van een pomp 109 getransporteerd worden naar de reactor 101, of er kan een rechtstreekse verbinding zijn tussen de schroefvoorziening en de reactor.

[52] In de getoonde uitvoeringsvorm is de reactor 101 een type omvattende een tank of container die tot op een bepaald vulniveau kan worden gevuld, en waarbij geen transport van de massa doorheen de reactor plaats vindt. In andere uitvoeringsvormen is evenwel een ander type reactor mogelijk, zoals een rotary kiln reactor of een reactor waarin een schroef zorgt voor het transport van de massa. In de getoonde uitvoeringsvorm is de reactor 101 een horizontale reactor, die vlak of met een bepaalde helling ten opzichte van het grondniveau kan worden opgesteld. De reactor 101 omvat een cylindrische tank, met een reactorwand 104. Een elektrische verwarming is aanwezig, bestaande uit meerdere segmenten 112, om de reactorwand 104 op te warmen. De verwarmingselementen 112 worden in Fig. 1 zuiver schematisch voorgesteld. Het opwarmen van de reactorwand zorgt voor het toevoeren van warmte naar de massa aanwezig binnen de tank. Dit gebeurt in afwezigheid van zuurstof, zodat pyrolyse plaatsvindt. In de cylindrische tank is een mengvoorziening 105

-28- aanwezig, die aan de hand van een motor 106 wordt aangedreven. In de 9205538 getoonde uitvoeringsvorm is de mengvoorziening 105 een ploegschaar mixer, schematisch voorgesteld in Fig. 1. De mixer 105 omvat een as 125 waarop bladen 124 zijn gemonteerd. Het aandrijven van de as 125, via de motor 106, zorgt voor het bewegen van de bladen 104 langs de reactorwand 104. Wanneer een inhoud aanwezig is binnen de tank, wordt door deze beweging de inhoud gemengd, en wordt reactorinhoud in nabijheid van de wand 104 in beweging gebracht. In andere uitvoeringsvormen zijn andere types van mengvoorzieningen mogelijk, of is geen dergelijke mengvoorziening aanwezig.

[53] Aan de reactor 101 zijn één of meerdere toevoerpoorten aanwezig, aangepast voor het toevoeren van massa 110 in de reactor 101, zoals schematisch is weergegeven in Fig. 1. In een mogelijke uitvoeringsvorm is er tevens een toevoer aanwezig om een katalysator of hulpmateriaal toe te voegen in de reactor 101. Typisch is er ook een afvoerpoort aanwezig, om assen en een eventuele katalysator of hulpmateriaal af te voeren uit de reactor. Voor het monitoren van het proces, kan een thermometer en/of drukmeter aanwezig zijn om de temperatuur van de reactorinhoud respectievelijk druk binnen de reactor 101 te meten. Ook een weegschaal kan aanwezig zijn om het gewicht van de reactor 101 te meten en zo de hoeveelheid te pyrolyseren afvalmateriaal binnen de reactor op te volgen. Aan de bovenkant van de reactor 101 worden de gasvormige pyrolyse producten 117, welke ontstaan door pyrolyse van het afvalmateriaal binnen de reactor 101, opgevangen, zie 107.

[54] Typisch maakt het systeem 100 deel uit van een petrochemische installatie. Dergelijke installatie omvat de voorzieningen om de pyrolyse producten 117, die afgeleid worden uit de reactor 101, verder te behandelen en om te vormen. Hierbij kan gebruik worden gemaakt van gekende technologie. In Fig. 1 is op schematische wijze een koelvoorziening 114 voorgesteld, aangepast om via koeling de condenseerbare koolwaterstoffen aanwezig in de pyrolyse producten 117, bijvoorbeeld in de range van C5 tot C45, om te zetten in vloeibare producten 115. De niet-condenseerbare koolwaterstoffen in de pyrolyse producten 117, in de range van C1 tot C4, resulteren in gasvormige

-29- producten 116. De koelvoorziening 114 kan meerdere installaties omvatten! 79495599 zoals verschillende types warmtewisselaars, een quench kolom, enz.

[55] In de getoonde uitvoeringsvorm van Fig. 1 omvat de schroefvoorziening 200 een toevoerpoort 111 en 126. Bijvoorbeeld wordt de toevoerpoort 111 gebruikt om stikstof te injecteren, voor het creëren van een inerte atmosfeer binnen de extruder 108. De toevoerpoort 126 wordt bijvoorbeeld gebruikt om waterstof te injecteren in de extruder 108, om zo vrijkomende halogenen zoals Chlorines te binden en watersofchloride te vormen. Tevens is een uitlaatpoort 119 aanwezig op de extruder 108, via dewelke waterstof chloride dampen de extruder 108 kunnen verlaten. Op een positie dichter bij de toevoer 102 is tevens een uitlaatpoort 118 aanwezig, via dewelke waterdamp die zich vormt binnen de extruder 108 tijdens extrusie kan ontsnappen. Op die manier wordt het drogen van het polymeer aanwezig binnen de extruder 108 bevorderd.

[56] Tenslotte toont Fig. 1 dat de schroefvoorziening 200 wordt aangestuurd door een stuureenheid 113, bijvoorbeeld een PLC, regelaar of controller. Het aansturen of instellen van de schroefvoorziening 200 gebeurt via een signaal 123 waarmee bijvoorbeeld het toerental van de motor 103 wordt gewijzigd, of het ingestelde vermogen van de motor 103 wordt gewijzigd, of verwarmingszones op de trommelwand 108 worden aangepast. De stuureenheid 113 ontvangt op zijn beurt een signaal 122, dat op verschillende manieren kan worden ingevuld, zie het signaal 206, 301 of 403 zoals geïllustreerd in de uitvoeringsvormen van Fig. 2, Fig. 3 en Fig. 4 respectievelijk.

[57] Binnen de methode volgens de uitvinding wordt de schroefvoorziening 200 zodanig ingesteld dat de toegevoerde massa 102 wordt opgewarmd tot op een zo hoog mogelijke uitgangstemperatuur alvorens in de reactor 101 toe te voeren, zonder dat deze uitgangstemperatuur een drempelwaarde overschrijdt. De uitgangstemperatuur is de temperatuur van de massa aan de uitgang van de schroefvoorziening 200. De drempelwaarde is het temperatuurniveau waarbij in de schroefvoorziening 200 het verbreken van koolstof- koolstofverbindingen wordt geïnitieerd. De drempelwaarde hangt af van de samenstelling van de massa, en van de omstandigheden binnen de

- 30 - schroefvoorziening 200, zoals de aanwezigheid van een inerte atmosfeer en de 9209538 opgebouwde druk. Het als dusdanig instellen van de schroefvoorziening 200, kan op verschillende manieren gebeuren, zoals wordt geïllustreerd in de uitvoeringsvormen van Fig. 2, Fig. 3 en Fig. 4.

[58] In Fig. 2 wordt een uitvoeringsvorm voorgesteld waarbij het instellen van de schroefvoorziening 200 gebeurt op basis van een berekening. Hiertoe is binnen het systeem 100 een rekeneenheid 203 voorzien, bijvoorbeeld een computer, processor of PLC. De rekeneenheid 203 ontvangt input 204 welke het soort afvalmateriaal aangeeft. Een soort afvalmateriaal is bijvoorbeeld: een mix van PE en PP, een mix van PE, PP en PVC, rubber, enz. De massa afvalmateriaal kan een heterogene samenstelling hebben, in de zin dat verschillende soorten componenten aanwezig zijn. Eén soort afvalmateriaal heeft, gemiddeld over de tijd genomen, een ongeveer constante samenstelling.

De soort afvalmateriaal wordt bijvoorbeeld via een instelscherm ingegeven. De rekeneenheid 203 houdt verder rekening met een aantal vooraf gekende parameterwaarden 205. Bijvoorbeeld zijn tabellen beschikbaar waarin de drempelwaarde gegeven wordt voor verschillende soorten afvalmateriaal, of is een veiligheidsmarge als parameter instelbaar. Op basis van de ontvangen input wordt binnen de rekeneenheid een berekening uitgevoerd, ter bepaling van een gewenste uitgangstemperatuur. Bijvoorbeeld wordt voor de ingegeven samenstelling, de drempelwaarde uit een tabel opgehaald en wordt de drempelwaarde verminderd met een veiligheidsmarge om de gewenste uitgangstemperatuur te berekenen. De gewenste uitgangstemperatuur wordt vervolgens gecommuniceerd aan de stuureenheid 113, zie signaal 206. De stuureenheid 113 berekent hoe de schroefvoorziening 200 dient te worden ingesteld om de gewenste uitgangstemperatuur 206 te realiseren, bijvoorbeeld welk toerental of motorvermogen optimaal is, en stuurt hiermee de schroefvoorziening 200 aan, zie 123.

[59] In Fig. 3 wordt een uitvoeringsvorm voorgesteld waarbij het instellen van de schroefvoorziening 200 gebeurt op basis van een meting. Hiertoe wordt gebruik gemaakt van een meeteenheid 300, waarmee de samenstelling wordt bepaald van dampen die vrijkomen uit de schroefvoorziening 200, op een

-31- positie dicht bij de uitgang. Bijvoorbeeld wordt gebruik gemaakt van de 9209538 uitlaatpoort 119 welke reeds aanwezig is op de schroefvoorziening 200 om dampen 121 omvattende halogenen, bijvoorbeeld chlorides, te laten ontsnappen uit de schroefvoorziening 200. Wanneer binnen de schroefvoorziening reeds het verbreken van koolstof-koolstofverbindingen optreedt, ten gevolge van een te hoge temperatuur, dan kan in de gemeten samenstelling de aanwezigheid van volatiele koolwaterstoffen worden gedetecteerd. Op basis van deze detectie, wordt een signaal 301 gecommuniceerd naar de stuureenheid 113, welke de instelling van de schroefvoorziening aanpast om verder overschrijden van de drempelwaarde te vermijden.

[60] In Fig. 4 wordt een uitvoeringsvorm voorgesteld waarbij de drempelwaarde op experimentele wijze wordt bepaald. Een eerste stap in de methode is hier dus het bepalen van de drempelwaarde, voor een gegeven samenstelling. Hiertoe wordt gebruik gemaakt van een meeteenheid 300, welke de samenstelling bepaalt van dampen 121 welke de schroefvoorziening 200 verlaten, analoog als in de uitvoeringsvorm van Fig. 3. Hierbij wordt gedetecteerd of er al dan niet volatiele koolwaterstoffen voorkomen, zie 402. Tevens is er een meeteenheid 400 aanwezig welke de temperatuur 401 meet van massa aan de uitgang van de schroefvoorziening 200. In de experimentele setup worden de instellingen van de schroefvoorziening gradueel aangepast, via communicatie met de stuureenheid 113, zie 403. Wordt bijvoorbeeld het toerental gradueel verhoogt, en wordt vanaf een bepaald toerental koolwaterstoffen gedetecteerd, dan is de gemeten temperatuur 401 de drempelwaarde. Dergelijke experimentele setup kan eenmalig worden uitgevoerd, als bijvoorbeeld verder steeds met dezelfde soort afvalmateriaal wordt gewerkt. Na de experimentele bepaling van de drempelwaarde, wordt vervolgens de schroefvoorziening ingesteld op de gewenste waarde om net onder de drempelwaarde te blijven, en wordt de instelling niet meer veranderd gedurende het operationele proces.

[61] We beschrijven nu een specifieke methode, zoals uitgevoerd binnen een uitvoeringsvorm van de uitvinding. Het afvalmateriaal is een mix van plastic,

-32- bestaande hoofdzakelijk uit PE en PP. Het massapercentage van PE en pp 70/0008 samen in de mix bedraagt minstens 80%. De gebruikte reactor voor pyrolyse een reactor 101 zoals beschreven bij Fig. 1: een horizontaal opgestelde tank, zonder transport van de massa in de reactor, met aanwezigheid van een ploegschaar mixer 105, en gebruik van elektrische verwarming 112. De massa aanwezig in de reactor wordt continu gemengd aan de hand van de mixer 105.

[62] De gebruikte extruder 108 is een twin-screw extruder met twee in dezelfde zin roterende schroeven 201. In het bijzonder wordt gebruikt gemaakt van een twin-screw extruder met dicht in elkaar aangrijpende schroeven 201, welke toelaat om in grote mate mechanische afschuiving te creëren. Een dergelijke type extruder wordt bijvoorbeeld beschreven in EP0852533. Het motorvermogen ligt in de orde van 2 MW bij een toerental van de schroeven van 850 tpm. De extruder heeft drie injectiepunten, via dewelke N2 wordt geïnjecteerd. Na de schroefvoorziening 200 bevindt zich een tandwielpomp 109, welke de gesmolten massa die de extruder verlaat verpompt naar de reactor 101.

[63] De drempelwaarde waarbij het verbreken van koolstof-koolstof verbindingen wordt geïnitieerd binnen de extruder 108, wordt experimenteel bepaald, zoals beschreven bij Fig. 4. De bepaalde drempelwaarde ligt op 380 à 400°C. Op basis hiervan wordt een gewenste uitgangstemperatuur van 340°C à 380°C bepaald, en wordt via een PLC de extruder 108 overeenkomstig ingesteld. De massa die de extruder 108 verlaat bevindt zich quasi volledig in gesmolten toestand. Via de uitlaatpoort 119 verlaten dampen omvattende vrijgekomen halogenen de extruder. Dergelijke dampen ontstaan vanaf ongeveer 190°C en dechlorinatie gebeurt vooral gebeurt bij een temperatuur vanaf ongeveer 210°C.

[64] In de beschreven uitvoeringsvorm wordt de pyrolyse uitgevoerd in een semi-continu proces, met gebruik van de reactor 101 in continue modus in een eerste fase, en gebruik van de reactor 101 in batch modus in een tweede fase. Gedurende de continue modus wordt continu nieuwe massa 110 toegevoerd in de reactor 101, terwijl pyrolyse van reeds aanwezige massa in de reactor 101

-33- bezig is. De pyrolysetemperatuur binnen de reactor bedraagt 410 à 430°C 0005538 tijdens de continue modus. Componenten aanwezig in de massa die bij de drempelwaarde degraderen, starten kort na toevoer in de reactor 101 met degraderen, i.e. koolstof-koolstofverbindingen worden verbroken. Hierbij ontstaan pyrolyse producten 117, welke gasvormig zijn bij de heersende temperatuur, en in de eenheid 107 worden opgevangen. Gedurende de pyrolyse wordt ondertussen continu nieuw afvalmateriaal 110 toegevoerd, waarbij zowel de temperatuur als het gewicht aan materiaal aanwezig binnen de reactor 101 worden gemonitord. Wanneer de toevoersnelheid van het afvalmateriaal 110 groter is dan het tempo waarin degradatie binnen de reactor 101 plaats vindt, neemt het niveau van afvalmateriaal binnen de reactor 101 geleidelijk aan toe.

[65] Wanneer een bepaald vulniveau is bereikt, bijvoorbeeld 70% van de reactor is gevuld, dan wordt het toevoeren van nieuw afvalmateriaal 110 in de reactor 101 gestopt, en start de batch modus. Typisch zijn is op dat moment nog massa in de reactor 101 aanwezig met voornamelijk componenten welke moeilijk degraderen, ie. welke een hogere temperatuur vereisen om tot verbreken van koolstof-koolstof verbindingen te komen. De temperatuur van de massa aanwezig binnen de reactor 101 loopt tijdens de batch modus verder op, tot ongeveer 490 à 510°C. Hierbij gaat de pyrolyse van de massa reeds aanwezig binnen de reactor 101 verder, met vorming van gasvormige pyrolyse producten 117. Deze fase met batch modus eindigt wanneer er geen gasvormige koolwaterstoffen 117 nog de eenheid 107 verlaten. Na afloop van de batch modus, wordt er opnieuw een continue modus gestart.

[66] Bij een toegepaste uitgangstemperatuur van 350°C aan de uitgang van de extruder, bedraagt de energie die door de massa wordt opgenomen voor opwarming van 20°C tot 350°C, met smelten, ongeveer 840 kJ/kg, en de energie die door de massa wordt opgenomen bij de verdere opwarming van 350°C tot 420°C, tot gepyrolyseerde toestand, ongeveer 500 kJ/kg. Dit betekent dat ongeveer 63% van de warmte die naar de massa dient te worden toegevoerd in het proces, wordt toegevoerd via de schroefvoorziening 200. De overige 37% wordt toegevoerd via de reactor 101.

-34- BE2020/5538

[67] Binnen de beschreven uitvoeringsvorm worden de gasvormige pyrolyse producten 117 die de eenheid 107 verlaten gekoeld tot ongeveer 70°C. Diverse types vloeibare oliën kunnen worden gevormd, zoals bijvoorbeeld parafines, isoparafines, aromaten, brandstof gelijkaardig met diesel, enz. Het condenstaat, op een temperatuur van ongeveer 70°C wordt bijvoorbeeld verzameld in een ruwe olietank.

[68] Hoewel de onderhavige uitvinding werd geïllustreerd aan de hand van specifieke uitvoeringsvormen, zal het voor de vakman duidelijk zijn dat de uitvinding niet is beperkt tot de details van de voorgaande illustratieve uitvoeringsvormen, en dat de onderhavige uitvinding kan worden uitgevoerd met verschillende wijzigingen en aanpassingen zonder daarbij het toepassingsgebied van de uitvinding te verlaten. De onderhavige uitvoeringsvormen moeten daarom op alle vlakken worden beschouwd als illustratief en niet restrictief, waarbij het toepassingsgebied van de uitvinding wordt beschreven door de bijgevoegde conclusies en niet door de voorgaande beschrijving, en alle wijzigingen die binnen de betekenis en de reikwijdte van de conclusies vallen, zijn hier derhalve mee opgenomen. Er wordt met andere woorden van uitgegaan dat hieronder alle wijzigingen, variaties of equivalenten vallen die binnen het toepassingsgebied van de onderliggende basisprincipes vallen en waarvan de essentiële attributen worden geclaimd in deze octrooiaanvraag. Bovendien zal de lezer van deze octrooiaanvraag begrijpen dat de woorden "omvattende" of "omvatten" andere elementen of stappen niet uitsluiten, dat het woord "een" geen meervoud uitsluit. Eventuele verwijzingen in de conclusies mogen niet worden opgevat als een beperking van de conclusies in kwestie. De termen "eerste", "tweede", "derde", "a", "b", "c" en dergelijke, wanneer gebruikt in de beschrijving of in de conclusies, worden gebruikt om het onderscheid te maken tussen soortgelijke elementen of stappen en beschrijven niet noodzakelijk een opeenvolgende of chronologische volgorde. Op dezelfde manier worden de termen "bovenkant", "onderkant", "over", "onder" en dergelijke gebruikt ten behoeve van de beschrijving en verwijzen ze niet noodzakelijk naar relatieve posities. Het moet worden begrepen dat die termen onderling verwisselbaar zijn onder de juiste

-35- omstandigheden en dat uitvoeringsvormen van de uitvinding in staat zijn om te 7920/9598 functioneren volgens de onderhavige uitvinding in andere volgordes of oriëntaties dan die beschreven of geïllustreerd in het bovenstaande.

Claims

- 36 - CONCLUSIES BE2020/5538

1. Methode voor pyrolyse van een massa afvalmateriaal, omvattende: - voorzien van een schroefvoorziening (200) aangepast om warmte toe te voeren naar genoemde massa door mechanische afschuiving; - voorzien van een reactor (101) na genoemde schroefvoorziening (200), aangepast om in afwezigheid van zuurstof warmte toe te voeren naar genoemde massa door verwarmen van de reactorwand (104) met een externe warmtebron (112); - smelten van genoemde massa in genoemde schroefvoorziening (200), waarbij genoemde massa minstens ten dele naar vloeibare toestand wordt omgezet; - thermisch degraderen van genoemde massa in genoemde reactor (101) waarbij door pyrolyse koolstof-koolstofverbindingen in genoemde massa worden verbroken en volatiele koolwaterstoffen ontstaan, HIERDOOR GEKENMERKT DAT: voor een samenstelling van genoemde massa, genoemde schroefvoorziening (200) zodanig wordt ingesteld dat genoemde massa wordt opgewarmd tot op een uitgangstemperatuur alvorens in genoemde reactor (101) toe te voeren, waarbij genoemde uitgangstemperatuur een drempelwaarde niet overschrijdt, genoemde drempelwaarde zijnde het temperatuurniveau waarbij degradatie, met verbreken van koolstof- koolstofverbindingen in genoemde massa start, zodanig dat: - binnen genoemde schroefvoorziening (200), geen genoemde degradatie van genoemde massa optreedt bij genoemde samenstelling, en - genoemde degradatie start in de verbinding (110) tussen genoemde schroefvoorziening (200) en genoemde reactor (101), gedurende een expansie van genoemde massa na het verlaten van genoemde schroefvoorziening (200).

2. Methode volgens één van voorgaande conclusies, waarbij genoemde schroefvoorziening (200) wordt ingesteld op basis van een gewenste uitgangstemperatuur (206), waarbij genoemde gewenste

237 - uitgangstemperatuur (206) wordt bepaald op basis van genoemde 79295598 drempelwaarde.

3. Methode volgens één van voorgaande conclusies, waarbij genoemde drempelwaarde wordt bepaald op basis van genoemde samenstelling en heersende druk en/of atmosfeer in genoemde schroefvoorziening (200).

4. Methode volgens één van voorgaande conclusies, waarbij genoemde schroefvoorziening (200) wordt ingesteld op basis van een meting (300) die het vrijkomen van volatiele koolwaterstoffen in genoemde schroefvoorziening (200) detecteert.

5. Methode volgens één van voorgaande conclusies, waarbij genoemde schroefvoorziening (200) wordt ingesteld door aanpassen van een parameter indicatief voor een schroefsnelheid, en/of een motorvermogen, en/of een opwarming van de wand van genoemde schroefvoorziening, en/of een opwarming van een schroef van genoemde schroefvoorziening.

6. Methode volgens één van voorgaande conclusies, waarbij genoemde uitgangstemperatuur hoger is dan een temperatuurniveau waarbij het vrijkomen van gassen (121) omvattende halogenen wordt geïnitieerd in genoemde schroefvoorziening (200), zodat gedurende genoemde opwarmen in genoemde schroefvoorziening (200) gassen (121) omvattende halogenen vrijkomen uit genoemde massa.

7. Methode volgens één van voorgaande conclusies, waarbij de hoeveelheid warmte nodig voor genoemde pyrolyse van genoemde massa startende op een omgevingstemperatuur van 20°C, door genoemde massa wordt opgenomen voor 60% tot 70% in genoemde schroefvoorziening (200) en voor 30% tot 40% in genoemde reactor (101).

38 -

8. Methode volgens één van voorgaande conclusies, 3E2020/5558 waarbij genoemde afvalmateriaal voor minstens 80% van zijn massapercentage bestaat uit PolyEthyleen en/of PolyPropyleen, en genoemde uitgangstemperatuur hoger is dan 330°C, bij voorkeur tussen 340°C en 380°C.

9. Methode volgens één van voorgaande conclusies, waarbij genoemde reactor (101) een tank omvat aangepast om tot op een vulniveau met genoemde massa te worden gevuld, waarbij binnen genoemde tank - een mengvoorziening (105) aanwezig is aangepast om genoemde massa binnen genoemde tank te mengen, of geen genoemde mengvoorziening aanwezig is; - geen voorziening aanwezig is om genoemde massa te transporteren doorheen genoemde tank; - geen voorziening aanwezig is om genoemde massa op te warmen via een oppervlak verschillend van genoemde reactorwand (104).

10. Methode volgens conclusie 9, waarbij genoemde massa tijdens genoemde thermisch degraderen continu wordt gemengd en bewogen lang genoemde reactorwand (104), aan de hand van genoemde mengvoorziening (105) aanwezig binnen genoemde reactor (101).

11.Methode volgens één van voorgaande conclusies, waarbij, minstens gedurende een deel van de tĳd, nieuwe massa op genoemde uitgangstemperatuur wordt toegevoerd in genoemde reactor (101) gedurende het thermisch degraderen van andere massa reeds aanwezig in genoemde reactor (101), met menging van genoemde nieuwe massa en genoemde andere massa.

12. Methode volgens één van voorgaande conclusies,

-39- waarbij genoemde reactor (101) afwisselend in continue modus en in Dan 9295598 modus wordt gebruikt, waarbij - in genoemde continue modus, continu massa op genoemde uitgangstemperatuur wordt toegevoerd in genoemde reactor (101) gedurende genoemde thermisch degraderen, en - in genoemde batch modus, geen massa wordt toegevoerd in genoemde reactor (101) gedurende genoemde thermisch degraderen.

13. Methode volgens één van voorgaande conclusies, waarbij gedurende genoemde thermisch degraderen genoemde reactorwand (104) wordt opgewarmd zodanig dat binnen genoemde reactor (101) een pyrolysetemperatuur heerst hoger dan genoemde drempelwaarde, bij voorkeur 50°C tot 150°C hoger dan genoemde drempelwaarde.

14. Methode volgens conclusie 13 en 12, waarbij genoemde pyrolysetemperatuur in genoemde reactor (101) hoger is tijdens genoemde batch modus dan tijdens genoemde continue modus, bij voorkeur 60°C tot 100°C hoger.

15. Systeem (100) voor pyrolyse van een massa afvalmateriaal, omvattende: - een schroefvoorziening (200) aangepast om warmte toe te voeren naar genoemde massa, minstens gedeeltelijk door mechanische afschuiving, zodat genoemde massa aanwezig in genoemde schroefvoorziening (200) smelt, waarbij genoemde massa minstens ten dele naar vloeibare toestand wordt omgezet; - een reactor (101) gekoppeld met genoemde schroefvoorziening (200), aangepast om in afwezigheid van zuurstof warmte toe te voeren naar genoemde massa door verwarmen van de reactorwand (104) met een externe warmtebron (112), zodat genoemde massa aanwezig in genoemde reactor (101) thermisch degradeert, waarbij door pyrolyse koolstof- koolstofverbindingen in genoemde massa worden verbroken en volatiele koolwaterstoffen ontstaan,

- 40 - waarbij BE2020/5538 genoemd systeem (101) een stuureenheid (113) omvat die genoemde schroefvoorziening (200) instelt zodanig dat voor een samenstelling van genoemde massa, genoemde massa wordt opgewarmd tot op een uitgangstemperatuur alvorens in genoemde reactor (101) toe te voeren, waarbij genoemde uitgangstemperatuur een drempelwaarde niet overschrijdt, genoemde drempelwaarde zijnde het temperatuurniveau waarbij degradatie, met verbreken van koolstof-koolstofverbindingen in genoemde massa start, zodanig dat: - binnen genoemde schroefvoorziening (200), geen genoemde degradatie van genoemde massa optreedt bij genoemde samenstelling, en - genoemde degradatie start in de verbinding (110) tussen genoemde schroefvoorziening (200) en genoemde reactor (101), gedurende een expansie van genoemde massa na het verlaten van genoemde schroefvoorziening (200).