Устройство для переработки резиновых отходов

992 равномерного распределения теплоносителя по объему рабочей камеры, реактор дополнительно содержит камеру загрузки и камеру охлаждения, снабженную средством подачи охлаждающей среды, которые расположены до и после, соответственно, рабочей камеры с возможностью изоляции от рабочей камеры посредством средства герметизации, средство загрузки резиновых отходов и средство извлечения твердой фазы продукта пиролиза выполнено в виде транспортного средства, выполненного с возможностью совершения поступательного движения от входа реактора к его выходу по направляющим, при этом корпус реактора в зоне рабочей камеры выполнен смежным с устройством нагрева, а реактор установлен так, что его ось расположена горизонтально. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что участок трубопровода, входящий в рабочую камеру, содержит, по меньшей мере, одно ответвление, при этом каждая из ветвей трубопровода расположена горизонтально в придонной области рабочей камеры и в качестве средства равномерного распределения пара по объему рабочей камеры снабжена, по меньшей мере, одной парой выпускных отверстий, выполненных с возможностью выпуска струй пара под углом, приблизительно, 45 по отношению к горизонтальной плоскости и, приблизительно, 90 по отношению друг к другу. 3. Устройство по любому из пп. 1, 2, отличающееся тем, что средство подачи охлаждающей среды выполнено в виде, по меньшей мере, одного распылителя охлаждающей жидкости. 4. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что транспортное средство выполнено в виде транспортных тележек. 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что транспортное средство содержит 4 группы транспортных тележек.(56) 1. Заявка РБ 1018, 1993. Полезная модель относится к устройствам для переработки промышленных и бытовых отходов, прежде всего к устройству для переработки и/или утилизации выработавших свой ресурс изделий из резины или резиновых отходов, например изношенных автомобильных шин, в частности к устройству для переработки таких изделий или отходов посредством пиролиза в среде теплоносителя с получением целевых углеводородсодержащих продуктов твердой жидкой и газообразной фаз. Заявляемое устройство может быть использовано в самых различных областях жизнедеятельности человека, например в резинотехнической промышленности, топливноэнергетическом комплексе, нефтехимии, промышленности нефтеоргсинтеза, а также в жилищно-коммунальном хозяйстве для получения топливных и сырьевых ресурсов. При этом заявляемое устройство обеспечивает эффективную и экологически безопасную утилизацию резиносодержащих отходов, а также повторное использование углеводородсодержащего сырья. Проблема утилизации резиновых отходов с каждым днем становится все более актуальной. Выброшенные на свалку или закопанные резиновые отходы, в частности изношенные шины, разлагаются в естественных условиях не менее 100 лет. Контакт резиновых отходов с водой (осадки, грунтовые воды) сопровождается вымыванием из них целого ряда токсичных органических соединений, которые попадают в почву и загрязняют окружающую среду. С учетом ежегодного объема резиновых отходов только в виде изношенных шин, который в мировых масштабах исчисляется сотнями тысяч, становится понятной актуальность проблемы эффективной и экологически чистой переработки таких отходов. В настоящее время известно достаточное количество различных модификаций устройств для переработки резиновых отходов, в частности, основанных на использовании свойства резины разлагаться в определенной среде, в частности под действием высокой температуры, с образованием различных фаз углеродсодержащих продуктов. 2 992 Наиболее близким к заявляемому является устройство для переработки, в частности путем пиролиза, резиновых отходов, в частности изношенных автомобильных покрышек 1. Устройство содержит тепловой реактор, корпус которого имеет цилиндрическую форму, содержащий рабочую камеру, средство загрузки резиновых отходов, расположенное на входе рабочей камеры, средство извлечения жидкой фазы продукта пиролиза и средство извлечения твердой фазы продукта пиролиза, расположенное на выходе рабочей камеры, и устройство нагрева, взаимодействующее с реактором на определенном участке поверхности корпуса, причем реактор снабжен средством накопления и распределения тепловой энергии по поверхности рабочей камеры, размещенным на внешней поверхности корпуса реактора, средство извлечения жидкой фазы продукта пиролиза выполнено в виде охладителя, конденсатора газообразной фазы и разделителя конденсата на газообразную и жидкую фазы. В описанном устройстве предприняты попытки повысить эффективность процесса пиролиза, повысить выход конечных продуктов, снизить энергозатраты за счет повторного использования в процессе продуктов пиролиза. Устройство достаточно просто по конструкции и является достаточно экономичным с точки зрения энергозатрат. В то же время значительным остается время разгона (нагрева до рабочей температуры) рабочей камеры реактора. Кроме того, устройство не может обеспечить реализацию переработки резиновых отходов в непрерывном режиме, а при загрузке шин в реактор и выгрузке твердого остатка из реактора происходит выброс в окружающую среду некоторого количества рабочей среды реактора, которая может содержать вредные примеси, например в виде продуктов пиролиза шин предыдущего (при загрузке) или текущего (при выгрузке) цикла. Недостатком является также высокая температура твердого остатка, получаемого на выходе реактора. Таким образом, задачей настоящей полезной модели является создание устройства для переработки резиновых отходов путем пиролиза в среде теплоносителя, которое обеспечивало бы непрерывность и цикличность процесса переработки. Заявляемое устройство должно обеспечивать возможность повторного использования различных рабочих и технологических сред, а также продуктов пиролиза с предыдущих циклов, а также снижение энергоемкости и значительное сокращение (вплоть до полного исключения) выбросов вредных веществ в окружающую среду. Поставленная задача решается предлагаемым устройством для переработки резиновых отходов, включающим тепловой реактор, корпус которого имеет цилиндрическую форму,содержащий рабочую камеру, средство загрузки резиновых отходов, расположенное на входе рабочей камеры, средство извлечения жидкой фазы продукта пиролиза и средство извлечения твердой фазы продукта пиролиза, расположенное на выходе рабочей камеры,и устройство нагрева, взаимодействующее с реактором на определенном участке поверхности корпуса, причем реактор снабжен средством накопления и распределения тепловой энергии по поверхности рабочей камеры, размещенным на внешней поверхности корпуса реактора, средство извлечения жидкой фазы продукта пиролиза выполнено в виде охладителя, конденсатора газообразной фазы и разделителя конденсата на газообразную и жидкую фазы, при этом устройство дополнительно содержит средство непрерывной подачи тепловой энергии в рабочую камеру реактора, выполненное в виде трубопровода, по меньшей мере, один участок которого расположен с возможностью прямого контакта с устройством нагрева и имеет выход в рабочую камеру реактора, причем в соответствующей зоне корпуса реактора выполнено впускное отверстие, форма и размер которого соответствуют форме и размеру поперечного сечения трубопровода, при этом трубопровод и отверстие в корпусе реактора соединены герметично, а участок трубопровода, входящий в рабочую камеру, снабжен средством равномерного распределения теплоносителя по объему рабочей камеры, реактор дополнительно содержит камеру загрузки и камеру охлаждения, снабженную средством подачи охлаждающей среды, которые расположены до и после, соответственно, рабочей камеры с возможностью изоляции от рабочей камеры по 3 992 средством средства герметизации, средство загрузки резиновых отходов и средство извлечения твердой фазы продукта пиролиза выполнено в виде транспортного средства, выполненного с возможностью совершения поступательного движения от входа реактора к его выходу по направляющим, при этом корпус реактора в зоне рабочей камеры выполнен смежным с устройством нагрева, а реактор установлен так, что его ось расположена горизонтально. В предпочтительном варианте реализации устройства участок трубопровода, входящий в рабочую камеру, содержит, по меньшей мере, одно ответвление, при этом каждая из ветвей трубопровода расположена горизонтально у донной части рабочей камеры и в качестве средства равномерного распределения пара по объему рабочей камеры снабжена,по меньшей мере, одной парой выпускных отверстий, выполненных с возможностью выпуска струй пара под углом, приблизительно, 45 по отношению к горизонтальной плоскости и, приблизительно, 90 по отношению друг к другу. Такая конструкция обеспечивает равномерное распределение теплоносителя, непрерывно поступающего в рабочую камеру, равномерно поступательно по всему объему рабочей камеры. При этом размещение ветвей трубопровода с выпускными отверстиями в придонной области рабочей камеры обеспечивает непрерывное прохождение теплоносителя в восходящем потоке через слой резиновых отходов, размещенный на транспортном средстве. Средство подачи охлаждающей среды, предпочтительно, может быть выполнено в виде, по меньшей мере, одного распылителя охлаждающей жидкости. Для получения мелкодисперсных фаз распыляемой жидкости распылитель может быть выполнен, например, в виде форсунки с соответствующим размером выходных отверстий. В заявляемом устройстве транспортное средство может быть выполнено, предпочтительно, в виде транспортных тележек, и наиболее предпочтительно содержит 4 группы транспортных тележек, наиболее предпочтительно по 4 тележки в каждой группе, которые поступательно перемещаются от входа реактора к его выходу по направляющим, выполненным, например, в виде рельсов. Наличие четырех групп тележек обеспечивает реализацию заявляемого способа в непрерывном режиме. В то же время для специалистов в данной области техники должно быть очевидным, что могут быть предложены и другие формы реализации транспортного средства и соответствующих направляющих. Ниже полезная модель поясняется со ссылкой на позиции чертежей, на которых представлены фиг. 1 - схематичное изображение одного из возможных предпочтительных вариантов реализации заявляемого устройства в технологическом процессе переработки резиновых отходов фиг. 2 - схематичное изображение одного из возможных предпочтительных вариантов реализации средства непрерывной подачи тепловой энергии в рабочую камеру реактора фиг. 3 - схема одного из возможных предпочтительных вариантов распределения теплоносителя с помощью средства равномерного распределения теплоносителя по объему рабочей камеры. На фиг. 1 схематично изображены бункер 1 загрузки, реактор 2, тележки 3, 4, 5, 6, находящиеся на различных стадиях технологического процесса (3 - тележка на стадии загрузки, 4 - тележка на стадии пиролиза, 5 - тележка на стадии охлаждения, 6 - тележка на стадии выгрузки), шлюзовые затворы 7, 8, 9, 10 (7 - шлюзовой затвор входа в реактор, 8 шлюзовой затвор камера загрузки - рабочая камера, 9 - шлюзовой затвор рабочая камера камера охлаждения, 10 - шлюзовой затвор выхода реактора), направляющие 11, по которым поступательно перемещаются тележки 3, 4, 5 и 6 под действием толкателей 12 в камеру 13 загрузки, рабочую камеру 14, камеру охлаждения 15 и к бункеру 16 разгрузки,устройство нагрева, выполненное в виде топки 17. Топка 17 предпочтительно установлена в зоне рабочей камеры 14 реактора 2 таким образом, что является смежной с корпусом реактора 2, приблизительно, на 70 площади поверхности реактора 2 в зоне рабочей камеры 14, что обеспечивает значительное снижение потерь тепла при передаче от топки 17 в рабочую камеру 14. Устройство также содержит вытяжку 18 дыма и дымовую трубу 19. 4 992 Трубопровод 20, по которому осуществляется подача перегретого пара непосредственно в рабочую камеру 14, содержит участок 21, проходящий через топку 17, и участок 22, входящий в рабочую камеру 14. Камера 15 охлаждения содержит форсунки 23 для распыления охлаждающей жидкости, в данном случае - воды. Рабочая камера 14 снабжена газоанализатором 24, барометром 25 и датчиком температуры 26. В состав устройства входят также теплообменники 27 и 28 с датчиками температуры 29, 30, соответственно, и емкостями для жидких продуктов 31, 32, соответственно, сепаратор 33 для разделения твердой фазы продукта пиролиза, емкость 34 для металла и емкость 35 для углеродистого остатка и подъемный кран 36. Размещение датчика 37 температуры предусмотрено также в камере 15 охлаждения. Из рабочей камеры 14 отвод газообразной фазы продукта пиролиза в теплообменник 27 осуществляется по трубопроводу 38, снабженному расходомером. Кроме того, ветви 39 и 40 трубопровода 38 соединены с камерой 13 загрузки и камерой 15 охлаждения, соответственно. Трубопровод 20 для подачи перегретого пара в рабочую камеру 14 снабжен на участке, расположенном вне топки 17, краном 41, а на участке, входящем в рабочую камеру 14, - средством 42 равномерного распределения теплоносителя по объему рабочей камеры. Реактор 2 установлен таким образом, что его ось 43 расположена горизонтально. Более подробно один из возможных предпочтительных вариантов реализации средства непрерывной подачи тепловой энергии в рабочую камеру 14 реактора 2 в виде участка 22 трубопровода 20, входящего в рабочую камеру 14, представлен на фиг. 2. Участок 22 трубопровода 20 содержит две ветви 44 и 45, которые горизонтально, а в данном примере реализации и параллельно друг относительно друга, расположены в придонной области рабочей камеры 14. На торцах ветвей 44 и 45 установлены заглушки 46, а на участках поверхности ветвей 44 и 45, противолежащих донной части реактора 2, выполнено множество пар выпускных отверстий 47. Расположение отверстий 47 выбрано таким образом, что выпуск струй теплоносителя из пары выпускных отверстий 47 осуществляется под углом, составляющим предпочтительно, приблизительно, 45 по отношению к горизонтальной плоскости, в которой расположена ось 43 реактора, т.е. предпочтительно, приблизительно,90 по отношению друг к другу. В устройстве также предусмотрен кран 48, контролирующий подачу очищенной парогазовой смеси повторно в топку 17. Заявляемое устройство работает следующим образом (на примере одного не начального цикла непрерывного технологического процесса). Из бункера 1 в тележку 3 загружают резиновые отходы, открывают шлюзовой затвор 7(входа реактора) и с помощью толкателя 12 заталкивают тележку 3 в камеру 13 загрузки,после чего затвор 7 (входа реактора) закрывают и открывают затвор 8 (камера загрузки рабочая камера). Затем тележку 3 толкателем 12 заталкивают в рабочую камеру 14 и закрывают затвор 8 (камера загрузки - рабочая камера). Затвор 9 (рабочая камера - камера охлаждения) также закрыт. В топку 17 подают топливо, например дрова. Продукты сгорания топлива после фильтрации из топки 17 выводятся в дымовую трубу 19, при этом тепло сгорания передается через корпус реактора 2 в рабочую камеру 14. С помощью крана 41 регулируют подачу в трубопровод 20 насыщенного водяного пара. Проходя по трубопроводу 20, пар на участке 21 трубопровода 20, расположенном в топке 17, нагревается до температуры от 280 С до 750 С. В связи с высокотемпературным режимом как внешней, так и внутренней среды трубопровод 20 изготовлен из жаропрочных труб и может быть выполнен, например, в виде плоского змеевика. Перегретый насыщенный водяной пар далее поступает непосредственно в рабочую камеру 14. Для этого трубопровод 20 содержит участок 22, входящий в полость рабочей камеры 14 в придонной области рабочей камеры 14. В описываемом примере реализации участок 22 содержит две ветви 44 и 45, расположенные горизонтально под направляющими 11, а следовательно под тележкой 4, находящейся в рабочей камере 14. Перегретый пар распространяется вначале по придонной области рабочей камеры, а затем в восходящем потоке проходит через расположенные на тележке 4 резиновые отходы. Для улучшения прони 5 992 цаемости дно тележки 4 может быть выполнено решетчатым и снабжено поддоном. Поступление перегретого пара в рабочую камеру 14 реактора 2 в непрерывном режиме обеспечивает активное протекание процесса пиролиза. Размещение трубопровода 20 непосредственно в топке 17 позволяет нагревать пар до высокой температуры и наиболее эффективно передавать тепло с потоком пара из топки 17 в рабочую камеру 14. При помощи крана 41, изменяя поток перегретого пара, поступающего в рабочую камеру 14, можно регулировать температуру в рабочей камере 14 для обеспечения оптимальной температуры протекания процесса пиролиза резиновых отходов. Резиновые отходы, находящиеся на тележке 4 в рабочей камере 14, нагреваются до температуры, приблизительно, 400-500 С, в результате чего протекает процесс пиролиза(термического разложения) с образованием твердой и газообразной фаз продуктов пиролиза. Количество образующихся в рабочей камере 14 в процессе пиролиза продуктов газообразной фазы контролируют по показаниям газоанализатора 24, а температуру нагрева отходов контролируют с помощью датчика температуры 26. При снижении температуры в рабочей камере 14 ниже 400 С увеличивают подачу топлива в топку 17, а при росте температуры выше 500 С уменьшают подачу топлива в топку 17, с помощью вытяжки 18 снижают количество выводимых в дымовую трубу продуктов сгорания и увеличивают подачу пара через трубопровод 20. Газообразную фазу продукта пиролиза резиновых отходов в смеси с водяным паром через трубопровод 38 с расходомером подают в теплообменник 27, где в результате теплообмена с проточной водой охлаждают их и частично конденсируют. При этом в зависимости от заданных условий (например, при необходимости выделить фракцию с температурой кипения не ниже 200 С) обеспечивают такой расход охлаждающей воды через теплообменник 27, при котором выходящая парогазовая смесь будет иметь температуру 200 С. Контроль температуры смеси, выходящей из теплообменника 27, контролируют по показаниям датчика 29 температуры. Конденсированные продукты (жидкая фаза) из теплообменника 27 сливают в емкость 31 для жидких продуктов. Далее несконденсированную парогазовую смесь подают во второй теплообменник 28,где в результате теплообмена с проточной водой устанавливают температуру смеси 100 С и выше. Контроль температуры осуществляют по показания датчика 30 температуры. Температуру 100 С и выше устанавливают путем регулирования расхода охлаждающей воды для того, чтобы предотвратить конденсацию водяного пара. В случае протекания конденсации водяного пара образуется загрязненный продуктами разложения резиновых отходов конденсат, выделяется большое количество тепла (2300 кДж на 1 кг сконденсированного пара), которое необходимо отводить, для чего требуется обеспечить большой расход охлаждающей воды. Из второго теплообменника 28 парогазовую смесь с температурой 100 С и выше выводят в топку 17 и сжигают. Подачу парогазовой смеси регулируют краном 48. Таким образом предотвращается сброс загрязненного конденсата в окружающую среду и теплота сгорания низкокипящих продуктов разложения отходов используется для энергообеспечения процесса. При этом также снижается расход топлива. Конденсированные продукты (жидкость) из теплообменника 28 сливают в емкость 32 для жидких продуктов. По окончании процесса разложения отходов (после прекращения выхода газообразных продуктов из отходов, которое устанавливают по показаниям газоанализатора 24) открывают шлюзовой затвор 9 и с помощью толкателя 12 тележку 4 с твердой фазой продукта пиролиза, включающей твердый углеродистый остаток и металлический корд,перемещают в камеру 15 охлаждения, после чего закрывают затвор 9. После перемещения тележки 4 в камеру 15 охлаждения с помощью насоса (на чертежах не изображен) через форсунки 23 подают воду и распыляют ее на находящуюся на 6 992 тележке 5 твердую фазу продукта пиролиза. Контроль температуры твердой фазы продукта пиролиза осуществляют по показаниям датчика температуры 37, и при установлении температуры Т 150-170 С (такой уровень температуры позволяет без возгорания вывести тележку 5 с твердой фазой продукта пиролиза из камеры 15 охлаждения) прекращают орошение, открывают шлюзовой затвор 10 и с помощью толкателя 12 тележку 5 выталкивают из камеры 15 охлаждения и подают на разгрузку. Для разгрузки тележки 5 открывают люки, выполненные в ее днище, и твердая фаза продукта пиролиза под действием собственного веса просыпается в бункер выгрузки 16 и далее в сепаратор 33, где металл отделяют от углеродистой составляющей и выгружают в емкость 34, а углеродистую составляющую выгружают в емкость 35. После разгрузки тележку 5 с помощью подъемного крана 36 перемещают к бункеру 1 и цикл повторяют. Следует отметить также, что даже при кратковременном открытии шлюзовых затворов 8 и 9 происходит утечка парогазовой среды в камеру 13 загрузки и в камеру 15 охлаждения. Для утилизации парогазовой среды камера 13 загрузки и камера 15 охлаждения снабжены выходом в ветви 39 и 40, соответственно, трубопровода 38 для отвода газообразной фазы продукта пиролиза. При этом следует учитывать, что описание полного цикла технологического процесса было дано только для одной тележки, в то время как в один и тот же момент в технологическом процессе участвуют все четыре тележки, причем переход тележек на последующие стадии технологического процесса осуществляется одновременно. Приведенное выше описание одного из возможных предпочтительных вариантов реализации заявляемого устройства демонстрирует безусловное достижение заявленных технических результатов с теоретической точки зрения. Кроме того, заявленное устройство для переработки резиновых отходов прошло испытания в условиях экспериментального производства и продемонстрировало результаты, выгодно отличающиеся от результатов для известных аналогичных устройств улучшенными показателями по удельным энергетическим затратам на процесс переработки отходов, а также более низкими выбросами вредных веществ в окружающую среду. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.