Способ переработки изношенных шин и устройство для его реализации

СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ИЗНОШЕННЫХ ШИН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ(71) Заявители Общество с ограниченной ответственностью НПО ТехнопромДроздов Алексей Владимирович(72) Авторы Дроздов Алексей ВладимировичКовалев Вадим ВладимировичМогильнер Александр СимоновичКалацкий Николай Иванович(73) Патентообладатели Общество с ограниченной ответственностью НПО ТехнопромДроздов Алексей Владимирович(57) 1. Способ переработки изношенных шин, включающий их подготовку и подачу в вертикальный реактор через герметичную шлюзовую камеру загрузки, пиролиз в среде перегретого водяного пара, последующее отделение твердой фазы, разделение путем конденсации жидкой и парогазообразной фаз со сжиганием последней для поддержания процесса пиролиза, и удаление из реактора твердой и жидкой фаз, отличающийся тем,что подготовку шин осуществляют путем их рассечения в поперечном кольцевом сечении в радиальном направлении, шины в процессе пиролиза перемещают в реакторе сверху вниз и разгибают в ленту при удалении из реактора, пиролиз проводят при отрицательном 8548 1 2006.10.30 давлении в реакторе в интервале 0,01 - 0,1 атм в режиме непрерывной подачи шин и удаления твердой фазы, указанное удаление производят через герметичную шлюзовую камеру выгрузки, обе шлюзовые камеры заполняют водой с возможностью образования водяного затвора, парогазообразную фазу до ее конденсации подвергают каталитическому крекингу, а жидкую фазу в количестве 25-30 от полученного количества сжигают в реакторе для поддержания процесса пиролиза. 2. Устройство для переработки изношенных шин, содержащее вертикальный реактор для их пиролиза в среде перегретого водяного пара, герметичную шлюзовую камеру загрузки шин в реактор, средство удаления твердой и жидкой фаз из реактора, функционально связанные с реактором конденсатор парогазовой фазы, соединенный с крышкой накопительной емкости-отстойника жидкой фазы с краном и расходомером, а также средство подачи несконденсированной парогазообразной фазы на сжигание для поддержания процесса пиролиза, отличающееся тем, что содержит средство для создания отрицательного давления в реакторе, патрон для каталитического крекинга парогазовой фазы до ее конденсации, а также печь с горелками, связанными с емкостью-отстойником, средство удаления твердой фазы из реактора выполнено в виде герметичной шлюзовой камеры выгрузки с транспортером выгрузки, обе шлюзовые камеры выполнены с водяными затворами, шлюзовая камера загрузки выполнена с транспортером загрузки, оборудованным на входе и выходе водяного затвора прижимными вальцами, а корпус печи, в основании которого установлен кольцевой инфракрасный излучатель из жаропрочной стали, выполнен в виде конической направляющей с углом конуса, обеспечивающим возможность нанизывания предварительно рассеченных в поперечном кольцевом сечении в радиальном направлении шин на его вершину с транспортера загрузки, а также плавного их перемещения в процессе пиролиза сверху вниз и разгибания в ленту при удалении из реактора. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что корпус печи выполнен полым и снабжен вертикальной перегородкой с возможностью образования дымохода, функционально связанного с кольцевым зазором между наружной поверхностью реактора и его внешней теплоизоляционной стенкой, в котором дополнительно смонтирован спиральный дымоход. 4. Устройство по любому из пп. 2 или 3, отличающееся тем, что горелки печи связаны с емкостью-отстойником через промежуточный бак, а днище емкости-отстойника посредством трубопровода отвода воды соединено с водным затвором шлюзовой камеры выгрузки. 5. Устройство по любому из пп. 24, отличающееся тем, что средства подачи парогазообразной фазы на сжигание и создания отрицательного давления в реакторе выполнены в виде вытяжного вентилятора. 6. Устройство по любому из пп. 35, отличающееся тем, что загрузочный транспортер выполнен цепным и оборудован крюками захвата шин, а разгрузочный транспортер выполнен ленточным и оборудован магнитным сепаратором. Изобретение относится к области экологии и связано с утилизацией продуктов техногенной деятельности человека, в частности к технологии переработки промышленных и бытовых отходов резины, и может быть использовано в топливно-энергетическом комплексе, в резиновой промышленности, а также на предприятиях по переработке автомобильных шин. Известен ряд технических решений для переработки резиновых отходов, в том числе изношенных шин (1, 2, 3). Так согласно способу (2) для термической переработки изношенных шин их загружают в реактор, осуществляют пиролиз материала при температуре 550-800 в среде восстановительного газа при соотношении восстановительного газа к 2 8548 1 2006.10.30 материалу 0,20-0,451. Далее разделяют продукты пиролиза и выгружают твердый остаток. При окончании пиролиза подают перегретый пар при 250-300 в количестве 0,03-0,121 к загружаемому материалу. Восстановительный газ получают методом неполного сгорания углеводородов 0,4-0,085. Способ позволяет получить сажу улучшенного качества для ее повторного использования в производстве резиновых смесей. К недостаткам известного способа следует отнести цикличность работы реактора в связи с периодичностью процесса загрузки сырья и выгрузки твердого остатка из реактора и связанные с этим существенные энергетические потери. Наиболее близко к предлагаемому изобретению средство для переработки резиновых отходов методом пиролиза под избыточным давлением в среде перегретого водяного пара,которое и взято за прототип (4). Способ включает предварительную подготовку и пиролиз изношенных шин под избыточным давлением в среде перегретого водяного пара. Технологический процесс разложения включает периодическую загрузку резиновых отходов в реактор и выгрузку из него твердой углеродистой фазы через шлюзовые камеры. Термическую деструкцию проводят при температуре 400-500 . Газы деструкции вместе с водяным паром конденсируют, а неконденсирующиеся газы направляют на сжигание в топку парогенератора для поддержания процесса пиролиза. Недостатком известного способа является цикличность процесса переработки резиновых отходов и, как следствие, низкая производительность и большие потери тепловой энергии, неизбежные при периодической загрузке сырья в реактор и выгрузке из него твердой фазы. Устройство (4) содержит вертикальный реактор с верхней шлюзовой камерой с люком(затвором) для загрузки шин и шнековый транспортер выгрузки твердой фазы. Посредством привода транспортер кинематически связан со шлюзовым люком нижней камерой разгрузки. Реактор через трубопровод с краном и расходомером функционально связан с парогенератором, а также с конденсатором и накопительной емкостью - отстойником жидкой фазы. В реактор через шлюзовую камеру периодически загружают шины, закрывают люк-затвор. Одновременно от парогенератора через кран и расходомер подают перегретый водяной пар под избыточным давлением и осуществляют термолиз по заданному режиму. Газообразные продукты пиролиза в смеси с водяным паром конденсируют в конденсаторе. Неконденсирующиеся газы через кран и расходомер направляют на сжигание в топку парогенератора. Образующийся конденсат из конденсатора сливают в накопительную емкость - отстойник. После завершения процесса разложения твердую фазу (углеродистый остаток) шнековым транспортером через шлюзовый люк разгрузочной камеры удаляют из реактора и направляют на измельчение. Далее реактор загружают новой партией шин и возобновляют цикл пиролиза. Недостатками известных способа и устройства являются большие тепловые потери и низкая производительность вследствие циклического характера процессов загрузки исходного сырья и выгрузки твердых продуктов переработки. Задачей изобретения является устранение отмеченных недостатков известных способа и устройства для переработки резиновых отходов. Целью изобретения является повышение производительности и снижение энергоемкости процесса переработки изношенных шин. Поставленная цель достигается тем, что в способе переработки изношенных шин,включающем их подготовку и подачу в вертикальный реактор через герметичную шлюзовую камеру загрузки, пиролиз в среде перегретого водяного пара, последующее отделение твердой фазы, разделение путем конденсации жидкой и парогазообразной фаз со сжиганием последней для поддержания процесса пиролиза и удаление из реактора твердой и жидкой фаз, согласно изобретению, подготовку шин осуществляют путем их рассечения в поперечном кольцевом сечении в радиальном направлении, шины в процессе пиролиза перемещают в реакторе сверху вниз и разгибают в ленту при удалении из реактора, пиро 3 8548 1 2006.10.30 лиз проводят при отрицательном давлении в реакторе в интервале 0,01-0,1 атм в режиме непрерывной подачи шин и удаления твердой фазы, указанное удаление производят через герметичную шлюзовую камеру выгрузки, обе шлюзовые камеры заполняют водой с возможностью образования водяного затвора, парогазообразную фазу до ее конденсации подвергают каталитическому крекингу, а жидкую фазу в количестве 25-30 от полученного количества сжигают в реакторе для поддержания процесса пиролиза. Поставленная цель достигается также тем, что устройство для переработки изношенных шин, включающее вертикальный реактор для их пиролиза в среде перегретого водяного пара, герметичную шлюзовую камеру загрузки шин в реактор, средство удаления твердой и жидкой фаз из реактора, функционально связанные с реактором конденсатор парогазовой фазы, соединенный с крышкой накопительной емкости-отстойника жидкой фазы с краном и расходомером, а также средство подачи неконденсированной фазы на сжигание для поддержания процесса пиролиза, согласно изобретению, содержит средство создания отрицательного давления в реакторе, патрон для каталитического крекинга парогазовой фазы до ее конденсации, а также печь с горелками, связанными с емкостью-отстойником, средство удаления твердой фазы из реактора выполнено в виде герметичной шлюзовой камеры выгрузки с транспортером выгрузки, обе шлюзовые камеры выполнены с водяными затворами, шлюзовая камера загрузки выполнена с транспортером загрузки, оборудованным на входе и выходе водяного затвора прижимными вальцами, а корпус печи, в основании которого установлен кольцевой инфракрасный излучатель из жаропрочной стали, выполнен в виде конической направляющей с углом конуса, обеспечивающим возможность нанизывания предварительно рассеченных в поперечном кольцевом сечении в радиальном направлении шин на его вершину с транспортера загрузки, а также плавного их перемещения в процессе пиролиза сверху вниз и разгибания в ленту при удалении из реактора. Корпус печи выполнен полым и снабжен вертикальной перегородкой с возможностью образования дымохода, функционально связанного с кольцевым зазором между наружной поверхностью реактора и его внешней теплоизоляционной стенкой, в котором дополнительно смонтирован спиральный дымоход. Горелки печи связаны с емкостью-отстойником через промежуточный бак, а днище емкости-отстойника посредством трубопровода отвода воды соединено с водным затвором шлюзовой камеры выгрузки. Средства подачи парогазовой фазы на сжигание и создания отрицательного давления в реакторе выполнены в виде вытяжного вентилятора. Загрузочный транспортер выполнен цепным и оборудован крюками захвата шин, а разгрузочный транспортер выполнен ленточным и оборудован магнитным сепаратором. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства для осуществления способа, на фиг. 2 - схема рассечения шин при их подготовке, а на фиг. 3 - вид шины по сечению Б-Б. Устройство содержит участок 1 для подготовки шин 2, реактор 3 с теплоизоляционной стенкой 4 и патроном каталитического крекинга 5, шлюзовые камеры загрузки 6 и разгрузки 7 с водяными затворами 8, цепной загрузочный транспортер 9 с крюками захвата 10 и прижимными вальцами 11, ленточный разгрузочный транспортер 12 с магнитным сепаратором 13 для отделения металлических включений 14 и бункер 15 складирования углеродистой фазы 16. Функционально с реактором 3 связан конденсатор 17 с вытяжным вентилятором 18, емкость-отстойник 19 с кранами 20, 21 и промежуточным баком 22,трубопроводом 23. Печь 24 реактора 3 с вертикальной перегородкой 25, дымоходом 26,спиральным дымоходом 27, вытяжной трубой 28, кольцевым инфракрасным излучателем 29 и горелками 30. Сущность способа и отличительные особенности устройства для его реализации заключаются в следующем. 8548 1 2006.10.30 Установлено, что термическое разложение резины и изношенных изделий из нее, например шин, в среде водяного пара является типичным диффузионным процессом, скорость которого ограничивается скоростью подвода теплоты и кинетикой диффузии летучих компонентов деструкции. Поэтому инженерно-технологическое решение вопросов подвода и сокращения потерь тепла является ключевой задачей для достижения эффективных показателей технологического процесса переработки изношенных шин. Разработанный способ и устройство позволяют вести процесс парового термолиза резины в непрерывном режиме, исключив циклическую остановку реактора на период загрузки исходного сырья и выгрузки твердых продуктов разложения из рабочей зоны. Непрерывность процесса деструкции достигается посредством отсечения рабочей зоны реактора от внешней среды посредством водяных затворов в шлюзовых камерах загрузки и выгрузки,что позволяет вести процесс термолиза в стационарном режиме, не останавливая реактор разложения. При этом смачивание шин водой при прохождении водяного затвора камеры загрузки благоприятно влияет на кинетику последующего разогрева отходов резины до температуры разложения (280-500 ). Рабочую температуру в зоне разложения реактора после выхода на режим поддерживают за счет собственного источника энергии - сжигания газовых и части жидких продуктов разложения отходов. При этом жидкую фазу деструкции резины для целей энергообеспечения процесса разложения используют в количестве 25-30 от полученного объема, а газовую составляющую продуктов разложения полностью сжигают в печи реактора. Таким образом достигается высокая экологическая безопасность и экономичность процесса утилизации резиновых отходов. Существенно, что паровой термолиз ведут при отрицательном давлении в рабочей зоне реактора (0,01-0,1 атм), последнее обеспечивает эффективное парообразование при более низкой температуре в реакторе за счет сдвига точки равновесного влагосодержания и повышает безопасность и экономичность процесса разложения шин. В процессе деструкции резины вместе с летучей парогазовой фазой выделяется мелкодисперсная сажа, улавливаемая посредством сменного цеолитового патрона, которым дополнительно оборудован реактор. При этом патрон пропитан солями металлов с переменной валентностью (, , ,и т.п. ), что обеспечивает каталитический крекинг органической составляющей парогазовой фазы и повышает экологическую безопасность процесса утилизации изношенных шин. Эффективный отбор и возврат тепла в реактор от отходящих дымовых газов достигается также благодаря спиральной конструкции дымохода, что в сочетании с конической формой направляющей печи реактора обеспечивает равномерный всесторонний подвод тепла к шинам и не требует их предварительного измельчения. Такое конструктивное выполнение реактора существенно снижает энергетические затраты на предварительную подготовку шин и экономит энергоресурсы за счет рекуперации тепла. Важным фактором экономичной работы устройства является оптимизация условий подвода тепла к шинам и эффективное использование реакционного объема реактора, что достигается путем упорядоченной плотной укладки загружаемых шин путем нанизывания их на коническую направляющую печи. Обод шин перед загрузкой в реактор предварительно рассекают, тем самым обеспечивают их непрерывное плавное перемещение в рабочей зоне реактора сверху вниз под собственным весом за счет постепенного раскрытия шины по разрезу и разгибания кольца в ленту в нижнем основании конуса с последующим удалением твердого остатка из реактора. Применение водяного затвора в шлюзовой камере выгрузки твердого углеродистого остатка, помимо герметизации рабочей зоны реактора, исключает загрязнение рабочей атмосферы цеха частицами мелкодисперсной сажи, которая улавливается водой в шлюзовой камере. Такое конструктивное решение устройства для реализации способа улучшает гигиену труда и повышает экологическую безопасность ведения процесса. Изобретение осуществляется следующим образом. 5 8548 1 2006.10.30 На подготовительном участке 1 шины 2 сортируют по типоразмерам и рассекают по схеме, как показано на фиг. 2. Далее шины 2 захватывают погрузчиком (на чертеже не показано) и, ориентируя сечением разреза С вверх, подают в шлюзовую камеру загрузки 6, где вальцами 11, на входе в водяной затвор 8, выдавливают воздух из полости (31) шины 2 и укладывают на цепной транспортер 9. Затем их крюками захвата 10 подают в реактор 3, при этом на выходе из водяного затвора 8, шины 2 пропускают через вальцы 11 и выдавливают из полости (31) воду через сечение С, которое теперь сориентировано вниз. В верхней части рабочей зоны реактора 3, шины 2 нанизывают на коническую направляющую корпуса печи 24. В результате соответствующего выбора угла конической направляющей печи 24 и размягчения резины под действием высокой температуры шины 2 деформируются, раскрываются по сечению С и под действием собственного веса постепенно продвигаются по рабочей зоне реактора 3 сверху вниз. Высота реактора 3 и скорость продвижения шин 2 в нем выбраны из расчета времени, достаточного для полного разложения резины, которое в среднем составляет 2,5-3 ч. В основании конической направляющей печи 24, в зоне инфракрасного излучателя 29, нагреваемого горелками 30,шины 2 уже в виде углеродистой фазы 16 (твердого остатка с включением металла) полностью распрямляются в ленту и поступают в шлюзовую камеру разгрузки 7. Далее углеродистая фаза 16 через водяной затвор 8 попадает на ленточный транспортер 12, по которому ее подают к магнитному сепаратору 13, где освобождают от металлических включений 14, и затем складируют в бункере 15. В процессе деструкции шин 2 в среде водяного пара выделяется парогазовая фаза, которую под действием разряжения (отрицательного давления в интервале 0,01-0,1 атм), создаваемого вытяжным вентилятором 18,удаляют из реактора 3 через патрон каталитического крекинга и направляют в конденсатор 17. При этом парогазовую фазу очищают от мелкодисперсной сажи, которая задерживается патроном, а также проводят каталитический крекинг содержащейся в ней органики. Сконденсированная жидкая фаза из конденсатора 17 поступает в емкость-отстойник 19,где жидкие углеводороды отделяют от воды. По трубопроводу 23 через кран 20 воду сливают в водяной затвор 8 шлюзовой камеры разгрузки 7. Часть углеводородной составляющей жидкой фазы (в количестве 25-30 ) из емкости-отстойника 19 направляют в промежуточную емкость 22 и далее на сжигание в горелки 30 печи 24. Остальные 70-75 жидкой фазы, как готовое топливо из емкости-отстойника 19 направляют на слив (по стрелке А) в хранилище (на чертеже не показано). Неконденсируемую газовую фазу из конденсатора 17 вытяжным вентилятором 18 направляют в горелки 30 для сжигания в печи 24 и поддержания процесса пиролиза в реакторе 3. Продукты сгорания по дымоходу 26 печи 24 и спиральному дымоходу 27, между теплоизоляционной стенкой 4 и внешней поверхностью реактора 3, удаляют через дымовую трубу 28 в атмосферу. Процесс деструкции изношенных шин характеризуется следующими параметрами. Масса, кг/ч твердая углеродистая фаза 900 газообразные продукты 600 металлокорд (5 от веса) 75 Температура, 0 С парогазовая смесь(350 - 450) теплопроводность пара, Вт/(мК) 67,310-3. Полученные продукты переработки изношенных шин усреднено имеют следующие параметры (таблица).. Наименование 1. Твердая фаза Плотность, кг/м 3 Зольность,Содержание серы,Теплота сгорания, кДж/кг (ккал/кг) 2. Жидкая фаза Плотность при 20, кг/м 3 Зольность,Массовая доля серы,Температура вспышки, С Теплота сгорания низшая,кДж/кг (ккал/кг) По своим характеристикам жидкая фаза соответствует мазуту марки М-40, твердая углеродистая фаза представляет собой аналог углеродного адсорбента, а металлические включения - легированный стальной лом. Реализация способа в непрерывном режиме, в отличие от прототипа, позволяет в 2-3 раза повысить производительность процесса переработки изношенных шин, снизить на 25-30 удельные энергозатраты. Предлагаемый способ опробован в лабораторных условиях, и в настоящее время опытная установка готовится заявителем для опытно-промышленных испытаний. Источники информации 1.2139187 1, 1999. 2.510408 С 2, 1999. 3.1018 А, 1995. 4.862 С 1, 1995 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 7