Способ и устройство для получения сажи из резиновых отходов

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ САЖИ ИЗ РЕЗИНОВЫХ ОТХОДОВ(71) Заявитель АЛЬФА РЕСИКЛЯЖ ФРАНШ КОМТЕ(72) Автор Калацкий Николай Иванович(73) Патентообладатель АЛЬФА РЕСИКЛЯЖ ФРАНШ КОМТЕ(57) 1. Способ получения сажи из резиновых отходов, включающий их термическое разложение в реакторе, разделение продуктов разложения на парогазовые продукты и твердый углеродный остаток, измельчение углеродного остатка и сжигание совместно с парогазовыми продуктами, отличающийся тем, что углеродный остаток измельчают до размера частиц 0,25-2,0 мм, смешивают с частью парогазовых продуктов и подают смесь в камеру горения парогазовых продуктов, а соотношение массовых расходов подаваемых на сжигание парогазовых продуктов и измельченного углеродного остатка устанавливают в пределах 1(0,1-2,0). 2. Устройство для получения сажи из резиновых отходов, включающее реактор, выход углеродного остатка из которого подключен последовательно к шнековому теплообменнику, магнитному сепаратору, мельнице, транспортеру, бункеру с дозатором и кожухотрубным теплообменником и вихревой горелке, которая установлена в торце цилиндрической печи по оси ее камеры горения, а выход парогазовых продуктов из реактора подключен к горелкам цилиндрической печи, установленным тангенциально и диаметрально противоположно в камере горения, а также подключен последовательно к теплообменнику бункера с дозатором и вихревой горелке. 17090 1 2013.04.30 Изобретение относится к технологии переработки отходов и может быть применено в химической промышленности для производства сажи, а также в резиновой промышленности для получения ингредиентов резиновых смесей. Известен способ переработки использованных шин вакуумным пиролизом при 490510 С и абсолютном давлении 5 кПа с получением углеродной сажи с поглощением йода 0,13-0,15 кг/кг, масляным числом по ДБФ (80-100) 10-5 м-7 кг и числом красящей способности 55-63 1. Недостатками данного способа являются большие энергетические затраты при осуществлении процесса и сложное аппаратурное оформление процесса, обусловленные необходимостью создания и поддержания вакуума в реакторе. Известен способ термической переработки изношенных шин и установка для его осуществления, обеспечивающий получение твердого углеродного остатка (сажи) с показателями йодное число (мл/100 г) - 112 светопропускание толуольного экстракта- 98 адсорбция дибутилфталата (мл/100 г) - 93, пригодной для повторного использования. В данном способе осуществляют пиролиз изношенных шин в реакторе при температуре 550800 С в среде восстановительного газа, полученного в генераторе восстановительных газов сжиганием газов, содержащих углеводороды, и осуществляют разделение продуктов пиролиза. По меньшей мере часть выходящих из реактора газообразных продуктов пиролиза с парами жидких углеводородов подают в генератор восстановительных газов и тепловой агрегат. По меньшей мере часть выходящих из теплового агрегата дымовых газов подают в генератор восстановительных газов и реактор. Для осуществления способа предусмотрена установка для термической переработки изношенных шин, содержащая реактор, систему отвода образующихся в реакторе газов, подключенный к реактору генератор восстановительных газов, систему подачи измельченных шин и приемное устройство для твердого остатка пиролиза. Установка снабжена тепловым агрегатом со средством вывода дымовых газов, а система отвода образующихся в реакторе газов подключена к генератору восстановительных газов и реактору 2. Недостатками данного способа являются высокий расход энергии на переработку, что обусловлено необходимостью получать восстановительный газ путем неполного сжигания углеводородов, а также сложное аппаратурное оформление процесса. Известен способ переработки резиновых отходов, включающий их термическое разложение в парогазовой среде, разделение продуктов разложения на твердые и газообразные, подачу твердых продуктов разложения в печь активации при одновременной подаче в печь активации водяного пара в количестве 0,8-1,6 кг на 1 кг твердых продуктов разложения, вывод из печи активации газообразной смеси при массовом соотношении в смеси(3-0,6)1 водяного пара и газов активации и использование их в качестве парогазовой среды для разложения отходов, подачу в печь активации одновременно с подачей твердых продуктов разложения и водяного пара резиновых отходов в количестве 0,05-0,20 кг отходов на 1 кг твердых продуктов 3. К недостаткам данного способа следует отнести высокую энергоемкость процесса и большие выбросы из печи активации в окружающую среду вредных продуктов сгорания. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является принятый нами за прототип способ получения сажи из резиновых отходов 4. Способ включает термическое разложение отходов в реакторе в парогазовой среде,разделение продуктов разложения на парогазовые продукты и твердый углеродный остаток, измельчение углеродного остатка. Из парогазовых продуктов путем конденсации выделяют масло и подвергают его термическому разложению на сажу и газы при температуре 900-2000 С, а парогазовые продукты после выделения масла сжигают совместно с измельченным углеродным остатком и путем фильтрации из продуктов сгорания выделяют сажу. 17090 1 2013.04.30 Сжигание парогазовых продуктов после выделения масла совместно с измельченным углеродным остатком осуществляют при коэффициенте избытка воздуха 0,4-0,9. Предварительно перед измельчением из углеродного остатка путем магнитной сепарации выделяют металл. Газы термического разложения масла сжигают, а продукты сгорания используют в качестве теплоносителя для внешнего обогрева реактора. Недостатками данного способа являются высокий удельный расход энергии на производство 1 кг сажи, поскольку значительное количество углеродного остатка сгорает без образования сажи при совместном сжигании с парогазовыми продуктами, а также сложное аппаратурное оформление процесса, обусловленное необходимостью выделять из парогазовых продуктов масло с использованием специального оборудования конденсатора с системой охлаждения. Задачей предлагаемого изобретения является снижение энергетических затрат на получение сажи и упрощение аппаратурного оформления процесса. Поставленная задача решается тем, что в способе получения сажи из резиновых отходов, включающем их термическое разложение в реакторе, разделение продуктов разложения на парогазовые продукты и твердый углеродный остаток, измельчение углеродного остатка и сжигание совместно с парогазовыми продуктами, согласно изобретению, углеродный остаток измельчают до размера частиц 0,25-2,0 мм, смешивают с частью парогазовых продуктов и подают смесь в камеру горения парогазовых продуктов, а соотношение массовых расходов подаваемых на сжигание парогазовых продуктов и измельченного углеродного остатка устанавливают в пределах 1(0,1-2,0). Поставленная задача решается также тем, что в устройстве для получения сажи из резиновых отходов, включающем реактор, выход углеродного остатка из которого подключен последовательно к шнековому теплообменнику, магнитному сепаратору, мельнице,транспортеру, бункеру с дозатором и кожухотрубным теплообменником и вихревой горелке, которая установлена в торце цилиндрической печи по оси ее камеры горения, а выход парогазовых продуктов из реактора подключен к горелкам цилиндрической печи,установленным тангенциально и диаметрально противоположно в камере горения, а также подключен последовательно к теплообменнику бункера с дозатором и вихревой горелке. Парогазовые продукты, которые образуются в результате термического разложения резиновых отходов, содержат углеводороды и водяной пар. Удельная теплота сгорания парогазовых продуктов (в зависимости от содержания водяного пара) изменяется в пределах 15000-40000 кДж/кг, т.е. данные продукты являются горючими газами. Сжигание данных продуктов при недостатке воздуха приводит к образованию сажи, а присутствие водяного пара улучшает качественные показатели сажи за счет увеличения удельной поверхности в результате протекания реакций взаимодействия водяного пара с образующимся углеродом (сажей). Таким образом, при сжигании парогазовых продуктов протекают реакции активирования образующейся сажи. Подача измельченного углеродного остатка в камеру горения парогазовых продуктов позволяет удалить из остатка сернистые соединения и летучие продукты (смолистые соединения, которые образуются при термическом разложении резиновых отходов и накапливаются в твердом остатке). Таким образом, осуществляется прокаливание углеродных частиц, в результате которого частицы растрескиваются и измельчаются. Данный эффект приводит к отделению золы от углерода (разрушению сростков углерод-зола). Это позволяет на следующем этапе провести обогащение углеродного остатка путем удаления отделившейся золы, т.е. снизить зольность и повысить качество сажи. Частицы углеродного остатка, попадая в камеру горения парогазовых продуктов, температура в которой выше 1000 С, подвергаются высокоскоростному нагреву, в результате чего между водяным паром парогазовых продуктов и частицами углеродного остатка про 3 17090 1 2013.04.30 текают реакции взаимодействия водяного пара с углеродом с образованием водорода и оксида углерода и увеличением удельной поверхности образующейся сажи. Количество измельченного углеродного остатка, которое может быть подано в камеру горения парогазовых продуктов, ограничено определенными пределами. Подача углеродного остатка в количестве менее 0,1 кг на 1 кг сжигаемых парогазовых продуктов (при массовом соотношении менее 10,1) приводит к резкому снижению количества образующейся сажи, а подача измельченного углеродного остатка в камеру горения в количестве более 2 кг на 1 кг сжигаемых парогазовых продуктов (массовое соотношение более 12) приводит к осаждению частиц измельченного углерода в самой камере горения, резкому снижению температуры в камере (углеродные частицы подают в камеру с температурой не выше 400 С) и нарушению процесса горения, в результате чего снижается выход и качество образующейся сажи. Измельчение углеродного остатка до частиц размером менее 0,25 мм требует повышенного расхода энергии и при этом частицы такого размера обладают высокой реакционной способностью из-за большой удельной поверхности, что приводит к интенсивному горению таких частиц в камере горения, т.е. к потере ценного продукта (сажи). Подача в вихревой факел частиц размером более 2,0 мм приводит к тому, что такие частицы не успевают прогреваться до высокой температуры, в результате чего происходит неполное удаление летучих компонентов из частиц и снижается качество получаемой сажи. Кроме того, частицы размером более 2 мм интенсивно осаждаются в камере горения(выпадают из вихревого факела горения на стенки камеры), в результате чего нарушается процесс горения и снижается выход и качество получаемой сажи, а выпавшими частицами забивается камера горения. Измельченный углеродный остаток подают в камеру горения через вихревую горелку пневмотранспортом, поскольку такой способ подачи (с закрученным потоком газа) не приводит к нарушению гидродинамики вихревого факела горения, который образуется в камере горения при сжигании парогазовых продуктов с помощью горелок, установленных в камере горения тангенциально и диаметрально противоположно. При нарушении гидродинамики вихревого факела горения нарушается сам процесс горения, в результате чего снижается количество и качество образующейся сажи и повышается количество сгораемых углеводородных продуктов (растет расход энергии на производство сажи). Таким образом, снабжение цилиндрической печи вихревой горелкой, установленной в торце по оси камеры горения парогазовых продуктов, приводит к ряду положительных эффектов, которые заключаются в поддержании вихревого факела горения парогазовых продуктов, предотвращении процесса осаждения частиц углерода в самой камере горения,более полному выносу частиц сажи из камеры горения в реакционную камеру, в которой протекают реакции, приводящие к улучшению показателей сажи. Использование части парогазовых продуктов в качестве пневмотранспортной среды позволяет предотвратить преждевременное (до подачи в камеру горения) возгорание углеродного остатка. Использование любого другого инертного газа для пневмотранспорта частиц и подачи их в камеру горения приведет к нарушению процесса горения в вихревом факеле, поскольку нарушится баланс горючие составляющие - воздух, который подают в горелки (установленную в торце и тангенциально в камере горения). Использование воздуха для пневмотранспорта невозможно из-за возгорания углеродных частиц до подачи их в камеру горения (температура возгорания углерода на воздухе около 150 С). Подключение выхода парогазовых продуктов из реактора непосредственно к горелкам печи, установленным тангенциально и диаметрально противоположно в камере горения,позволяет исключить охлаждение парогазовых продуктов и подать их в горячем виде в горелку. Это предотвращает конденсацию водяного пара и части парогазовых продуктов и осаждение конденсата в элементах оборудования (трубопроводах и др.) до поступления в горелку. Осаждение части парогазовых продуктов при их охлаждении в трубопроводах и 4 17090 1 2013.04.30 других элементах приведет к тому, что подаваемые в горелку парогазовые продукты будут иметь более низкую удельную теплоту сгорания, что может привести к нарушению процесса горения. Кроме того, осаждение части парогазовых продуктов до их подачи в горелку приведет к снижению количества образующейся сажи, т.е. потерям ценного продукта. Подключение выхода парогазовых продуктов из реактора к теплообменнику бункера с дозатором позволяет использовать часть парогазовых продуктов для транспортировки измельченного углерода в горелку. При этом использование теплообменника позволяет нагреть измельченный углеродный остаток перед подачей его в поток парогазовых продуктов, чтобы исключить охлаждение последних и конденсацию части их на частицах углеродного остатка. Конденсация части парогазовых продуктов на частицах углеродного остатка приведет к осаждению смолистых соединений на поверхности частиц, их слипанию и нарушению транспортировки с потоком парогазовых продуктов, а также отложению на стенках теплообменника, что в результате приведет к нарушению работоспособности газотранспортной системы и прекращению подачи углеродного остатка в вихревую горелку. Подключение мельницы посредством шнекового теплообменника и магнитного сепаратора к выходу углеродного остатка из реактора позволяет дополнительно измельчить(под действием шнека происходит измельчение остатка) и охладить углеродный остаток, а затем удалить металл из остатка, чтобы исключить не только выход мельницы из строя, но и попадание мелких частиц металла в цилиндрическую печь, что неизбежно приведет к засорению сажи металлическими частицами. На чертеже приведена схема установки, на которой реализуют способ получения сажи из резиновых отходов. Устройство содержит бункер 1, снабженный затворами 2 и 3 цилиндрический реактор 4 со шнеком 5, подключенным к двигателю 6 выход 7 с ротационным затвором 8, подключенным к реактору емкость с топливом 9, подключенную через кран-регулятор 10 к горелке 11 рубашку 12, установленную на реакторе 4 дымосос 13, подключенный к дымовой трубе 14 парогенератор 15 пароперегреватель 16 краны 17 и 18 горелку 19 кран 20 датчик температуры пара 21 краны 22 и 23, подключенные к реактору 4 и горелкам 24 и 25 печь 26 с цилиндрической камерой горения 27 шнековый охладитель 28 с двигателем 29 и рубашкой 30 датчик температуры 31 ротационный затвор 32 магнитный сепаратор 33 накопитель 34 мельницу 35 транспортер 36, подключенный к бункеру 37 с дозатором 38 и теплообменником 39 кран-расходомер 40 компрессор 41 кран 42 горелку 43 рубашку 44 теплообменника 39 вихревую горелку 45 вентилятор 46 с краном 47 реакционную камеру 48 печи 26 емкость с водой 49 форсунку 50 датчик температуры 51 холодильник 52 кран 53 фильтр 54 микроизмельчитель 55 вентилятор 56, подключенный к накопителю 57 кран 58. Согласно изобретению, получение сажи из резиновых отходов осуществляют следующим образом. В бункер 1 при закрытых затворах 2 и 3 подают измельченные резиновые отходы. После этого открывают затвор 2 и отходы из бункера 1 просыпаются вниз и задерживаются на затворе. Закрывают затвор 2, открывают затвор 1 и порция отходов просыпается в цилиндрический реактор 4. Затем затвор 3 закрывают. Одновременно с помощью двигателя 5 приводят во вращение шнек 6, установленный в цилиндрическом реакторе 4. Измельченные отходы забираются шнеком и перемещаются по цилиндрическому реактору 4 к выходу 7 с ротационным затвором 8. Время перемещения отходов по цилиндрическому реактору регулируют путем изменения числа оборотов шнека 6. Одновременно с началом процесса перемещения отходов из емкости 9 через кран-регулятор 10 в горелку 11 подают топливо и сжигают его, а продукты сгорания направляют в рубашку 12 реактора 4. Проте 5 17090 1 2013.04.30 кая по рубашке 12, продукты сгорания топлива нагревают реактор, а сами охлаждаются и с помощью дымососа 13 выводятся в дымовую трубу 14. От парогенератора 15 в пароперегреватель 16 через кран 17 подают водяной пар и нагревают его до температуры 600-700 С. Для этого из емкости 9 через кран 18 в горелку 19 подают топливо и сжигают его, а продукты сгорания подают в пароперегреватель 16. Проходя через пароперегреватель, продукты сгорания нагревают водяной пар до температуры 600-700 С, а сами охлаждаются до температуры 200-250 С, после чего их с помощью дымососа 13 выводят в дымовую трубу 14. Перегретый водяной пар из пароперегревателя 16 через кран 20 подают в цилиндрический реактор 4. Температуру перегрева пара контролируют по показаниям датчика температуры 21. Таким образом, с перегретым паром непосредственно в реактор 4 вводят тепло. Резиновые отходы перемещаются по реактору 4 и нагреваются в результате контакта с горячими стенками реактора и путем конвективного теплообмена с подаваемым в реактор водяным паром. В результате нагрева начинает протекать термолиз отходов с выделением газообразных продуктов и твердого углеродного остатка. Газообразные продукты разложения отходов смешиваются с водяным паром, в результате чего образуются парогазовые продукты. Парогазовые продукты через краны 22 и 23 выводят из реактора 4 в горелки 24 и 25 печи 26 и сжигают при недостатке воздуха. В результате горения парогазовых продуктов в цилиндрической камере горения 27 образуется вихревой факел. Часть парогазовых продуктов сгорает, а часть термически разлагается с образованием сажи. Твердый углеродный остаток через выход 7 с ротационным затвором 8 выводят из реактора 4 в шнековый теплообменник 28 с двигателем 29 и охлаждают до температуры выше 100 С путем теплообмена с протекающей по рубашке 30 охладителя водой. Температуру охлаждения твердого углеродного остатка контролируют по показаниям датчика температуры 31. Охлаждение твердого углеродного остатка до температуры ниже 100 С приведет к тому, что при подаче измельченного остатка в поток парогазовых продуктов для транспортировки в горелку на частицах остатка будет конденсироваться водяной пар (присутствует в парогазовых продуктах) и углеводороды с температурой кипения выше 100 С. После охлаждения твердый углеродный остаток через ротационный затвор 32 подают в магнитный сепаратор 33, где отделяют металл и подают его в накопитель 34. Поскольку термолиз резиновых отходов осуществляли в шнековом реакторе, то под воздействием шнека твердый остаток измельчается и металлический корд отделяется от частиц углерода, что позволяет выделить данный корд с помощью магнитного сепаратора. Очищенный от металла углеродный остаток из магнитного сепаратора 33 подают в мельницу 35 и измельчают до размеров частиц 0,25-2,0 мм, после чего подают в транспортер 36, с помощью которого измельченный углеродный остаток загружают в бункер 37 с дозатором 38 и кожухотрубным теплообменником 39. Открывают кран-расходомер 40 и часть парогазовых продуктов из реактора 4 подают в компрессор 41, с помощью которого данные продукты при температуре 350-400 С нагнетают в кожухотрубный теплообменник 39. Одновременно из емкости 9 через кран 42 в горелку 43 подают топливо и сжигают его, а продукты сгорания направляют в рубашку 44 теплообменника 39, которые затем выводят с помощью вентилятора 13 в дымовую трубу 14. Одновременно из бункера 37 через дозатор 38 в заданном количестве в теплообменник 39 подают измельченный углеродный остаток, который смешивается с подаваемыми компрессором 41 парогазовыми продуктами, в результате чего создается смесь парогазовых продуктов и твердого остатка. Поскольку измельченный углеродный остаток,который подают из бункера 37 в теплообменник 39, имеет температуру до 150 С, а парогазовые продукты, подаваемые в теплообменник 39, имеют температуру около 400 С, то при смешивании двух данных потоков температура смеси снизится и компоненты парога 6 17090 1 2013.04.30 зовой смеси с температурой кипения около 400 С будут конденсироваться на частицах углерода. Поэтому для предотвращения конденсации в теплообменник подводится тепловая энергия, которая передается от продуктов сгорания топлива при их протекании по рубашке 44. Образовавшаяся в теплообменнике 39 смесь парогазовых продуктов и частиц углеродного остатка под действием компрессора 41 поступает в вихревую горелку 45, куда от вентилятора 46 через кран 47 в отдельный канал горелки подают воздух. Смесь через систему закручивающих лопаток вихревой горелки 45 поступает в виде вихря в камеру горения 27. При этом одновременно в камеру горения 27 по отдельному каналу горелки 45 поступает воздух, который на выходе из горелки 45 перемешивается со смесью, состоящей из твердых углеродных частиц и парогазовых продуктов, в результате чего образуется подготовленная к горению смесь. Данная смесь зажигается и протекает процесс горения парогазовых продуктов. Таким образом, в камере горения 27 образуется вихревой факел, в котором протекает неполное горение парогазовых продуктов, подаваемых в камеру с помощью горелок, установленных тангенциально и подаваемых с помощью вихревой горелки (в смеси с измельченным углеродным остатком). Для установления соотношения массовых расходов подаваемых на сжигание парогазовых продуктов и измельченного углеродного остатка в пределах 1(0,1-2) с помощью дозатора 38 подают заданное количество измельченного углеродного остатка, которое определяется на основании величины суммарно подаваемых парогазовых продуктов в камеру горения с помощью вихревой горелки и горелок, установленных тангенциально в камере горения. Таким образом, при подаче с заданным расходом (контролируют по показаниям кранов-расходомеров 22 и 23) парогазовых продуктов из реактора 4 в горелки 24 и 25 печи 26 с помощью крана-расходомера 40 и дозатора 38 устанавливают расход смеси парогазовые продукты - измельченный углеродный остаток таким, чтобы выполнялось массовое соотношение на 1 кг парогазовых продуктов приходилось от 0,1 кг до 2,0 кг углеродного остатка. В результате неполного сгорания смеси парогазовые продукты - измельченный углеродный остаток образуется сажа и газы. Поток сажи и газов неполного сгорания выносится из камеры горения 27 в реакционную камеру 48, в которой протекает процесс термической обработки частиц углерода. В реакционную камеру 48 из емкости 49 через форсунку 50 распыляют воду, в результате чего поток сажи и продуктов сгорания охлаждают до температуры 700-800 С, что контролируют по показаниям датчика температуры 51. Из реакционной камеры 48 поток сажи и продуктов сгорания подают в холодильник 52, куда из емкости 49 через кран 53 распыляют воду и охлаждают поток сажи и продуктов сгорания. Из холодильника 52 поток сажии продуктов сгорания подают в фильтр 54, где отделяют сажу, которую направляют в микроизмельчитель 55 и измельчают, после чего измельченную сажу пневмотранспортом с помощью вентилятора 56 подают в накопитель 57. Продукты неполного сгорания содержат горючие вещества и поэтому после отделения сажи в фильтре 54 данные продукты через кран 58 подают в горелку 11 и сжигают совместно с подаваемым в горелку топливом из емкости 9, что предотвращает выброс вредных веществ в окружающую среду, а также приводит к снижению расхода топлива,подаваемого из емкости 9 в горелку 11, в результате чего снижается энергоемкость процесса получения сажи из резиновых отходов. Изобретение иллюстрируется следующими примерами. Пример 1. В бункер 1 при закрытых затворах 2 и 3 подают измельченные до размеров частиц 50-70 мм резиновые отходы в количестве 150 кг. После подачи отходов в бункер 1 откры 7 17090 1 2013.04.30 вают затвор 2 и отходы из бункера 1 просыпаются вниз и задерживаются на затворе 3. После этого закрывают затвор 2, открывают затвор 1 и порция отходов начинает под действием собственного веса поступать в цилиндрический реактор 4. Затем затвор 3 закрывают. Одновременно с помощью двигателя 5 приводят во вращение шнек 6, установленный в цилиндрическом реакторе 4. Измельченные отходы забираются шнеком и перемещаются по цилиндрическому реактору 4 к выходу 7 с ротационным затвором 8. Время перемещения отходов по цилиндрическому реактору регулируют путем изменения числа оборотов шнека 6. При этом данное время предварительно определяют исходя из размеров частиц отходов и интенсивности теплообмена реактора. Пусть в нашем случае необходимое время пребывания отходов в реакторе до полного их разложения (выхода летучих) составляет 20 мин. Устанавливают число оборотов шнека 6 равным 3 оборотам в мин. Таким образом, за 20 мин шнек совершит 60 оборотов и отходы, поступившие на вход реактора, окажутся в виде твердого углеродного остатка на выходе 7 реактора 4. Одновременно с началом процесса перемещения отходов из емкости 9 через кранрегулятор 10 в горелку 11 подают топливо с расходом 40 кг/ч и сжигают его, а продукты сгорания направляют в рубашку 12 реактора 4. Протекая по рубашке 12, продукты сгорания топлива нагревают реактор, а сами охлаждаются и с помощью дымососа 13 выводятся в дымовую трубу 14. От парогенератора 15 в пароперегреватель 16 через кран 17 подают водяной пар с расходом 243 кг/ч и нагревают его до температуры 700 С. Для этого из емкости 9 через кран 18 в горелку 19 подают топливо с расходом 9 кг/ч и сжигают его, а продукты сгорания подают в пароперегреватель 16. Проходя через пароперегреватель, продукты сгорания нагревают водяной пар до температуры 600 С, а сами охлаждаются до температуры 200250 С, после чего их с помощью дымососа 13 выводят в дымовую трубу 14. Перегретый водяной пар из пароперегревателя 16 через кран 20 с расходом 243 кг/ч подают в цилиндрический реактор 4. Температуру перегрева пара контролируют по показаниям датчика температуры 21. Таким образом, с перегретым паром непосредственно в реактор 4 вводят тепло, необходимое для нагрева и термического разложения отходов. Резиновые отходы перемещаются по реактору 4 и нагреваются в результате контакта с горячими стенками реактора и путем конвективного теплообмена с подаваемым в реактор водяным паром. В результате нагрева начинает протекать термолиз отходов с выделением газообразных продуктов и твердого углеродного остатка. В нашем случае при термическом разложении отходов образуется 45 мас.газов разложения и 55 мас.углеродного остатка, в котором содержится 8 мас.металла в виде корда (проволоки). Следовательно, при разложении 150 кг отходов за 20 мин производительность реактора составит 450 кг/ч, в результате чего образуется 203 кг /ч газов разложения и 247 кг/ч твердого углеродного остатка, в котором содержится 20 кг металла и 227 кг углеродсодержащего материала. Газообразные продукты разложения отходов смешиваются с водяным паром, в результате чего образуются парогазовые продукты в количестве 203 кг/ч 243 кг/ч 446 кг/ч. Удельная теплота сгорания такой смеси составляет 18000 кДж/кг. Данная смесь может сжигаться без дополнительного топлива. Парогазовые продукты с расходом 446 кг/ч через краны 22 и 23 выводят из реактора 4 в горелки 24 и 25 печи 26 и сжигают при недостатке воздуха, т.е. при количестве воздуха 0,6 от теоретически необходимого для полного сжигания данной смеси. Пусть в нашем случае теоретически необходимое количество воздуха составляет 10 кг на 1 кг сжигаемых парогазовых продуктов. Значит, воздуха необходимо подавать в печь в количестве 2676 кг/ч,что осуществляют с помощью вентиляторов и расходомеров, установленных на горелках 24 и 25. В результате горения парогазовых продуктов в цилиндрической камере горения 27 образуется вихревой факел. Часть парогазовых продуктов сгорает, а часть термически разлагается с образованием сажи. 8 17090 1 2013.04.30 Твердый углеродный остаток через выход 7 с ротационным затвором 8 с расходом 247 кг/ч выводят из реактора 4 в шнековый теплообменник 28 с двигателем 29 и охлаждают до температуры 120 С путем теплообмена с протекающей по рубашке 30 охладителя водой. Температуру охлаждения твердого углеродного остатка контролируют по показаниям датчика температуры 31. Охлаждение твердого углеродного остатка до температуры ниже 100 С приведет к тому, что при подаче измельченного остатка в поток парогазовых продуктов для транспортировки в горелку на частицах остатка будет конденсироваться водяной пар (присутствует в парогазовых продуктах) и углеводороды с температурой кипения выше 100 С. После охлаждения твердый углеродный остаток через ротационный затвор 32 подают в магнитный сепаратор 33, где отделяют металл 20 кг/ч металла и подают его в накопитель 34. Поскольку термолиз резиновых отходов осуществляли в шнековом реакторе, то под воздействием шнека твердый остаток измельчается и металлический корд отделяется от частиц углерода, что позволяет выделить данный корд с помощью магнитного сепаратора. Очищенный от металла углеродный остаток с расходом 227 кг/ч из магнитного сепаратора 33 подают в мельницу 35 и измельчают до размеров частиц 0,25 мм, после чего подают в транспортер 36, с помощью которого измельченный углеродный остаток загружают в бункер 37 с дозатором 38 и кожухотрубным теплообменником 39. Открывают кран-расходомер 40 и часть парогазовых продуктов с расходом 200 кг/ч из реактора 4 подают в компрессор 41. Одновременно с помощью кранов 22 и 23 снижают подачу парогазовых продуктов в горелки 24 и 25 до величины 246 кг/ч. С помощью системы регулировки подачи воздуха в горелки снижают его подачу до величины 1476 кг/ч для того, чтобы сохранить величину подачи воздуха равной 0,6 теоретически необходимой. С помощью компрессора 41 парогазовые продукты с расходом 200 кг/ч при температуре 350 С подают в кожухотрубный теплообменник 39. Одновременно из емкости 9 через кран 42 в горелку 43 с расходом 2 кг/ч подают топливо и сжигают его, а продукты сгорания направляют в рубашку 44 теплообменника 39,которые затем с расходом 24 кг/ч выводят с помощью вентилятора 13 в дымовую трубу 14. Одновременно из бункера 37 через дозатор 38 с расходом 44,6 кг/ч в теплообменник 39 подают измельченный углеродный остаток, который смешивается с подаваемыми компрессором 41 парогазовыми продуктами, в результате чего создается смесь парогазовых продуктов и твердого остатка. Поскольку измельченный углеродный остаток, который подают из бункера 37 в теплообменник 39, имеет температуру до 120 С, а парогазовые продукты, подаваемые в теплообменник 39, имеют температуру 350 С, то при смешивании двух данных потоков температура смеси понизится и компоненты парогазовой смеси с температурой кипения ниже 350 С будут конденсироваться на частицах углерода. Поэтому для предотвращения конденсации в теплообменник подводится тепловая энергия,которая передается от продуктов сгорания топлива при их протекании по рубашке 44. Поскольку суммарное количество подаваемых в печь 26 парогазовых продуктов составляет 446 кг/ч, то для соблюдения массового соотношения парогазовых продуктов и измельченного углеродного остатка 10,1 необходимо в печь подавать углеродный остаток с расходом 44,6 кг, что и осуществляют, регулируя величину подачи с помощью дозатора 38. Образовавшаяся в теплообменнике 39 смесь парогазовых продуктов и частиц углеродного остатка под действием компрессора 41 с расходом 244,6 кг/ч поступает в вихревую горелку 45, куда от вентилятора 46 через кран 47 в отдельный канал горелки подают воздух. Для сохранения величины подачи воздуха равной 0,6 теоретически необходимого с помощью вентилятора 46 и крана 47 в отдельный канал горелки 45 подают воздух с расходом (200 кг/ч 10 кг/кг)0,61200 кг/ч. 17090 1 2013.04.30 Смесь (парогазовые продукты, измельченный углеродный остаток) с расходом 244,6 кг/ч через систему закручивающих лопаток вихревой горелки 45 горелки поступает в виде вихря в камеру горения 27. Одновременно в камеру горения 27 по отдельному каналу горелки 45 подают воздух с расходом 1200 кг/ч, который на выходе из горелки 45 перемешивается со смесью, состоящей из твердых углеродных частиц и парогазовых продуктов,в результате чего образуется подготовленная к горению смесь. Данная смесь зажигается и протекает процесс горения парогазовых продуктов. Таким образом, в камере горения 27 образуется вихревой факел, в котором протекает неполное горение парогазовых продуктов, подаваемых в камеру с помощью горелок, установленных тангенциально, и подаваемых с помощью вихревой горелки (в смеси с измельченным углеродным остатком). В результате неполного сгорания смеси парогазовые продукты-измельченный углеродный остаток образуется сажа и газы. В нашем случае образуется сажа в результате неполного сгорания парогазовых продуктов(в количестве 140 кг/ч), а также образуется сажа и в результате термической обработки измельченного углеродного остатка (в количестве 40 кг/ч, а 4,6 кг углеродного остатка сгорают в печи 26). Таким образом, образуется сажа в количестве 140 кг/ч 40 кг/ч 180 кг/ч при расходе 450 кг/ч резиновых отходов. Поток сажи в количестве 180 кг/ч и газов неполного сгорания в количестве 3026,6 кг/ч выносится из камеры горения 27 в реакционную камеру 48, в которой протекает процесс термической обработки частиц углерода. В реакционную камеру 48 из емкости 49 через форсунку 50 распыляют воду, в результате чего поток сажи и продуктов сгорания охлаждают до температуры 700 С, что контролируют по показаниям датчика температуры 51. Из реакционной камеры 48 поток сажи и продуктов сгорания подают в холодильник 52,куда из емкости 49 через кран 53 распыляют воду и охлаждают поток сажи и продуктов сгорания до температуры 110 С. Охлаждение до температуры 110 С необходимо, чтобы предотвратить конденсацию водяного пара, который содержится в составе газов неполного сгорания. Образование конденсата (при конденсации водяного пара) в холодильнике 52 приведет к осаждению на стенках холодильника смеси вода-сажа, т.е. потере ценного продукта (сажи), и нарушению работоспособности холодильника 52. Из холодильника 52 поток сажи и продуктов сгорания подают в фильтр 54, где отделяют сажу, которую направляют в микроизмельчитель 55 и измельчают, после чего измельченную сажу пневмотранспортом с помощью вентилятора 56 с расходом 180 кг/ч подают в накопитель 57. Продукты неполного сгорания содержат горючие вещества и данные продукты после отделения в фильтре 54 сажи через кран 58 с расходом 3026,6 кг/ч подают в горелку 11 и сжигают совместно с подаваемым в горелку топливом из емкости 9, что предотвращает выброс вредных веществ в окружающую среду, а также приводит к снижению расхода топлива, подаваемого из емкости 9 в горелку 11, в результате чего снижается энергоемкость процесса получения сажи из резиновых отходов. Удельная теплота сгорания продуктов неполного сгорания в нашем случае составляет 500 кДж/кг и поэтому сжигание 3026,6 кг/ч данных продуктов эквивалентно сжиганию 37 кг/ч жидкого топлива, поэтому снижают подачу топлива из емкости 9 через кранрегулятор 10 в горелку 11 с 40 до 3 кг/ч. Пример 2. В бункер 1 при закрытых затворах 2 и 3 подают измельченные до размеров частиц 5070 мм резиновые отходы в количестве 200 кг. После подачи отходов в бункер 1 открывают затвор 2 и отходы из бункера 1 просыпаются вниз и задерживается на затворе 3. После этого закрывают затвор 2, открывают затвор 1 и отходы начинают под действием собственного веса поступать в цилиндрический реактор 4. Затем затвор 3 закрывают. Одновременно с помощью двигателя 5 приводят во вращение шнек 6, установленный в цилиндрическом реакторе 4. Измельченные отходы забираются шнеком и перемещаются 10 17090 1 2013.04.30 по цилиндрическому реактору 4 к выходу 7 с ротационным затвором 8. Время перемещения отходов по цилиндрическому реактору регулируют путем изменения числа оборотов шнека 6. При этом данное время предварительно определяют исходя из размеров частиц отходов и интенсивности теплообмена в реактора. Пусть в нашем случае необходимое время пребывания отходов в реакторе до полного их разложения (выхода летучих) составляет 20 мин. Устанавливают число оборотов шнека 6 равным 4 оборотам в мин. Таким образом, за 20 мин шнек совершит 80 оборотов и отходы, поступившие на вход реактора,окажутся в виде твердого углеродного остатка на выходе 7 реактора 4. Одновременно с началом процесса перемещения отходов из емкости 9 через кранрегулятор 10 в горелку 11 подают топливо с расходом 65 кг/ч и сжигают его, а продукты сгорания направляют в рубашку 12 реактора 4. Протекая по рубашке 12, продукты сгорания топлива нагревают реактор, а сами охлаждаются и с помощью дымососа 13 выводятся в дымовую трубу 14. От парогенератора 15 в пароперегреватель 16 через кран 17 подают водяной пар с расходом 65 кг/ч и нагревают его до температуры 600 С. Для этого из емкости 9 через кран 18 в горелку 19 подают топливо с расходом 8 кг/ч и сжигают его, а продукты сгорания подают в пароперегреватель 16. Проходя через пароперегреватель, продукты сгорания нагревают водяной пар до температуры 600 С, а сами охлаждаются до температуры 200250 С, после чего их с помощью дымососа 13 выводят в дымовую трубу 14. Перегретый водяной пар из пароперегревателя 16 через кран 20 с расходом 65 кг/ч подают в цилиндрический реактор 4. Температуру перегрева пара контролируют по показаниям датчика температуры 21. Таким образом, с перегретым паром непосредственно в реактор 4 вводят тепло, необходимое для нагрева и термического разложения отходов. Резиновые отходы перемещаются по реактору 4 и нагреваются в результате контакта с горячими стенками реактора и путем конвективного теплообмена с подаваемым в реактор водяным паром. В результате нагрева начинает протекать термолиз отходов с выделением газообразных продуктов и твердого углеродного остатка. В нашем случае при термическом разложении отходов образуется 25 мас.газов разложения и 75 мас.углеродного остатка. Следовательно, при разложении 200 кг отходов за 20 мин производительность реактора составит 600 кг/ч, в результате чего образуется 150 кг/ч газов разложения и 450 кг/ч твердого углеродного остатка, в котором содержится 20 кг металла и 430 кг углеродсодержащего материала. Газообразные продукты разложения отходов смешиваются с водяным паром, в результате чего образуются парогазовые продукты в количестве 150 кг/ч 65 кг/ч 215 кг/ч. Удельная теплота сгорания такой смеси составляет 21000 кДж/кг. Данная смесь может сжигаться без дополнительного топлива. Парогазовые продукты с расходом 215 кг/ч через краны 22 и 23 выводят из реактора 4 в горелки 24 и 25 печи 26 и сжигают при недостатке воздуха, т.е. при количестве воздуха 0,7 от теоретически необходимого для полного сжигания данной смеси. Пусть в нашем случае теоретически необходимое количество воздуха составляет 11 кг на 1 кг сжигаемых парогазовых продуктов. Следовательно, воздуха необходимо подавать в печь в количестве 1656 кг/ч, что осуществляют с помощью вентиляторов и расходомеров, установленных на горелках 24 и 25. В результате горения парогазовых продуктов в цилиндрической камере горения 27 образуется вихревой факел. Часть парогазовых продуктов сгорает, а часть термически разлагается с образованием сажи. Твердый углеродный остаток через выход 7 с ротационным затвором 8 с расходом 450 кг/ч выводят из реактора 4 в шнековый теплообменник 28 с двигателем 29 и охлаждают до температуры 120 С путем теплообмена с протекающей по рубашке 30 охладителя водой. Температуру охлаждения твердого углеродного остатка контролируют по показаниям датчика температуры 31. 17090 1 2013.04.30 Охлаждение твердого углеродного остатка до температуры ниже 100 С приведет к тому, что при подаче измельченного остатка в поток парогазовых продуктов для транспортировки в горелку на частицах остатка будет конденсироваться водяной пар (присутствует в парогазовых продуктах) и углеводороды с температурой кипения выше 100 С. После охлаждения твердый углеродный остаток через ротационный затвор 32 подают в магнитный сепаратор 33, где отделяют металл 20 кг/ч металла и подают его в накопитель 34. Поскольку термолиз резиновых отходов осуществляли в шнековом реакторе, то под воздействием шнека твердый остаток измельчается и металлический корд отделяется от частиц углерода, что позволяет выделить данный корд с помощью магнитного сепаратора. Очищенный от металла углеродный остаток с расходом 430 кг/ч из магнитного сепаратора 33 подают в мельницу 35 и измельчают до размеров частиц 2,0 мм, после чего подают в транспортер 36, с помощью которого измельченный углеродный остаток загружают в бункер 37 с дозатором 38 и кожухотрубным теплообменником 39. Открывают кран-расходомер 40 и часть парогазовых продуктов с расходом 200 кг/ч из реактора 4 подают в компрессор 41. Одновременно с помощью кранов 22 и 23 снижают подачу парогазовых продуктов в горелки 24 и 25 до величины 15 кг/ч. С помощью системы регулировки подачи воздуха в горелки снижают его подачу до величины 116 кг/ч для того, чтобы сохранить величину подачи воздуха равной 0,7 теоретически необходимой. С помощью компрессора 41 парогазовые продукты с расходом 200 кг/ч при температуре 400 С подают в кожухотрубный теплообменник 39. Одновременно из емкости 9 через кран 42 в горелку 43 с расходом 20 кг/ч подают топливо и сжигают его, а продукты сгорания направляют в рубашку 44 теплообменника 39, которые затем с расходом 240 кг/ч выводят с помощью вентилятора 13 в дымовую трубу 14. Одновременно из бункера 37 через дозатор 38 с расходом 430 кг/ч в теплообменник 39 подают измельченный углеродный остаток, который смешивается с подаваемыми компрессором 41 парогазовыми продуктами, в результате чего создается смесь парогазовых продуктов и твердого остатка. Поскольку измельченный углеродный остаток, который подают из бункер 37 в теплообменник 39, имеет температуру до 120 С, а парогазовые продукты, подаваемые в теплообменник 39, имеют температуру 400 С, то при смешивании двух данных потоков температура смеси понизится и компоненты парогазовой смеси с температурой кипения ниже 400 С будут конденсироваться на частицах углерода. Поэтому для предотвращения конденсации в теплообменник подводится тепловая энергия,которая передается от продуктов сгорания топлива при их протекании по рубашке 44. Поскольку суммарное количество подаваемых в печь 26 парогазовых продуктов составляет 215 кг/ч, то для соблюдения массового соотношения парогазовых продуктов и измельченного углеродного остатка 12,0 необходимо в печь подавать углеродный остаток с расходом 430 кг, что и осуществляют, регулируя величину подачи с помощью дозатора 38. Образовавшаяся в теплообменнике 39 смесь парогазовых продуктов и частиц углеродного остатка под действием компрессора 41 с расходом 630 кг/ч поступает в вихревую горелку 45, куда от вентилятора 46 через кран 47 в отдельный канал горелки подают воздух. Для сохранения величины подачи воздуха равной 0,7 теоретически необходимого с помощью вентилятора 46 и крана 47 в отдельный канал горелки 45 подают воздух с расходом (200 кг/ч 11 кг/кг)0,71540 кг/ч. Смесь (парогазовые продукты, измельченный углеродный остаток) через систему закручивающих лопаток вихревой горелки 45 поступает в виде вихря в камеру горения 27 с расходом 630 кг/ч. Одновременно в камеру горения 27 по отдельному каналу горелки 45 подают воздух с расходом 1540 кг/ч, который на выходе из горелки 45 перемешивается со смесью, состоящей из твердых углеродных частиц и парогазовых продуктов, в результате чего образуется подготовленная к горению смесь. 12 17090 1 2013.04.30 Данная смесь зажигается и протекает процесс горения парогазовых продуктов. Таким образом, в камере горения 27 образуется вихревой факел, в котором протекает неполное горение парогазовых продуктов, подаваемых в камеру с помощью горелок, установленных тангенциально, и подаваемых с помощью вихревой горелки (в смеси с измельченным углеродным остатком). В результате неполного сгорания смеси парогазовые продукты-измельченный углеродный остаток образуется сажа и газы. В нашем случае образуется сажа в результате неполного сгорания парогазовых продуктов в количестве 65 кг/ч и в результате термической обработки измельченного углеродного остатка образуется сажа в количестве 390 кг/ч (40 кг углеродного остатка сгорают в печи 26). Таким образом, образуется сажа в количестве 65 кг/ч 390 кг/ч 455 кг/ч при расходе исходных резиновых отходов 600 кг/ч. Поток сажи в количестве 455 кг/ч и газов неполного сгорания в количестве 1911 кг/ч выносится из камеры горения 27 в реакционную камеру 48, в которой протекает процесс термической обработки частиц углерода. В реакционную камеру 48 из емкости 49 через форсунку 50 распыляют воду, в результате чего поток сажи и продуктов сгорания охлаждают до температуры 700 С, что контролируют по показаниям датчика температуры 51. Из реакционной камеры 48 поток сажи и продуктов сгорания подают в холодильник 52,куда из емкости 49 через кран 53 распыляют воду и охлаждают поток сажи и продуктов сгорания до температуры 110 С. Охлаждение до температуры 110 С необходимо, чтобы предотвратить конденсацию водяного пара, который содержится в составе газов неполного сгорания. Образование конденсата (при конденсации водяного пара) в холодильнике 52 приведет к осаждению на стенках холодильника смеси вода сажа, т.е. потере ценного продукта (сажи), и нарушению работоспособности холодильника 52. Из холодильника 52 поток сажи и продуктов сгорания подают в фильтр 54, где отделяют сажу, которую направляют в микроизмельчитель 55 и измельчают, после чего измельченную сажу пневмотранспортом с помощью вентилятора 56 с расходом 455 кг/ч подают в накопитель 57. Продукты неполного сгорания содержат горючие вещества и поэтому после отделения в фильтре 54 сажи данные продукты через кран 58 с расходом 1911 кг/ч подают в горелку 11 и сжигают совместно с подаваемым в горелку топливом из емкости 9, что предотвращает выброс вредных веществ в окружающую среду, а также приводит к снижению расхода топлива, подаваемого из емкости 9 в горелку 11, в результате чего снижается энергоемкость процесса получения сажи из резиновых отходов. Удельная теплота сгорания продуктов неполного сгорания составляет в нашем случае 1000 кДж/кг и поэтому сжигание 1911 кг/ч данных продуктов эквивалентно сжиганию 48 кг/ч жидкого топлива, поэтому снижают подачу топлива из емкости 9 через кранрегулятор 10 в горелку 11 с 65 до 17 кг/ч. Подвергаемая сжиганию смесь содержит продукты неполного сгорания смеси (парогазовые продукты и измельченный углеродный остаток), газы термического разложения смеси и водяной пар. При сжигании такой смеси снижаются выбросы оксидов азота из-за наличия водяного пара, что приводит к снижению выбросов в окружающую среду в процессе получения сажи из резиновых отходов. За счет использования части резиновых отходов для энергообеспечения процесса получения сажи достигается эффект снижения энергоемкости, так как в сравнении с известными технологиями получения сажи из резиновых отходов исключается необходимость в дополнительном топливе. Сжигание части резиновых отходов в газифицированном виде обеспечивает более полное сгорание и снижение образования токсичных соединений в сравнении с технологиями прямого сжигания резиновых отходов. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 14