СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ РЕЗИНОВЫХ ОТХОДОВ Российский патент 2005 года по МПК B29B17/00 C08J11/14 B29K21/00 

Изобретение относится к технологии переработки промышленных и бытовых отходов и может быть применено в резино-технической промышленности, жилищно-коммунальном хозяйстве, топливно-энергетическом комплексе и нефтехимии для получения сырьевых и топливных ресурсов.

Известен способ переработки резиновых отходов, согласно которому осуществляют пиролиз отходов в среде теплоносителя - кварцевого песка, разделяют продукты на твердые и газообразные, выделяют путем конденсации из газообразных продуктов жидкую и газообразную фазы и отводят газообразную фазу на сжигание для поддержания процесса пиролиза [1]. Недостатками данного способа являются высокая энергоемкость процесса (удельный расход энергии достигает 12, 5 МДж/ кг), высокая температура процесса (Т=500-700°С), что вызывает необходимость использования в пиролизных установках специальных жаропрочных сталей, высокая взрывоопасность образующихся пиролизных газов.

Известен способ переработки резиновых отходов [2], согласно которому термическое разложение отходов осуществляют в парогазовой смеси, состоящей из 98-85 мас.% перегретого до 300-1600°С водяного пара и 2-15 мас.% газа, полученного после выделения масла из газообразных продуктов разложения. Предварительно перед термическим разложением отходы смешивают с 3-40 мас.% масла путем пропускания газообразных продуктов разложения и парогазовой смеси через слой отходов при их массовом соотношении (0,05-1,62):1, а твердые продукты разложения смешивают с 4-40 об.% масла и прессуют в брикеты с одновременным нагревом до 100-500°С посредством фильтрации газа, полученного после выделения масла из газообразных продуктов разложения.

К недостаткам данного способа следует отнести высокую (до 1600°С) температуру парогазовой смеси, большой расход (до 40% от массы отходов) масла и существенные энергозатраты, связанные с необходимостью нагрева смеси до 1600°С.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ переработки резиновых отходов [3], согласно которому отходы при температуре 500-800°С подвергают термическому разложению в печи в течение 10-20 минут, а продукты разложения разделяют на твердые и газообразные, выделяют смолу из газообразных продуктов и используют их затем в качестве топлива для обогрева печи и поддержания процесса термического разложения.

Недостатками данного способа являются высокая температура разложения, необходимость щелочной промывки газов в скруббере перед их подачей на сжигание, высокие энергозатраты и материалоемкость, связанные с нагревом отходов до 800°С.

Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение энергетических затрат на переработку отходов и снижение вредных выбросов в окружающую среду.

Поставленная задача решается тем, что в способе переработки резиновых отходов, включающем их термическое разложение в печи, разделение продуктов разложения на твердые и газообразные, выделение жидкой фазы из газообразных продуктов и отвод последних на сжигание для поддержания процесса разложения, согласно изобретению предварительно перед термическим разложением отходы смешивают с 2-15 мас.% воды.

Существенно, что смешивание отходов с водой осуществляют в печи путем распыления ее в количестве 50-150% от массы отходов, а твердые продукты разложения орошают водой в количестве 10-20% от массы резиновых отходов.

Важно, что в качестве воды используют конденсат, который получают путем сепарации из жидкой фазы.

На чертеже приведен общий вид устройства, на котором реализуют способ переработки резиновых отходов.

Устройство содержит бункер загрузки отходов 1, верхний затвор 2, нижний затвор 3, сепаратор для разделения жидкой фазы 4, кран 5, форсунку 6 для распыления воды в бункере загрузки, печь 7, горелку 8, газовый кран 9, рубашку печи 10, дымосос 11, дымовую трубу 12, двигатель шнека 13, шнек 14, кран подачи воды в печь 15, расходомер для воды 16, распылитель воды 17, перфорацию 18 для орошения водой отходов, датчик температуры отходов 19, кран 20 вывода парогазовой смеси из печи, холодильник 21, манометр 22, кран 23 слива жидкой фазы в сепаратор, кран слива масла 24, емкость для масла 25, компрессор 26 для подачи неконденсирующихся газов в горелку, кран 27 для подачи неконденсирующихся газов в горелку 27, насос для перекачки масла 28, кран 29 для подачи масла в горелку, кран 30 для подачи воды на орошение твердого остатка, насос 31 для подачи воды на орошение твердого остатка, распылитель воды 32 для орошения твердого остатка, перфорацию 33, термометр 34, дозатор твердого остатка 35, сепаратор 36 для разделения твердого остатка, емкость для металла 37, емкость для твердого остатка 38.

Согласно предлагаемому изобретению переработку резиновых отходов осуществляют следующим образом.

В бункер загрузки 1 при открытом затворе 2 и закрытом затворе 3 подают резиновые отходы, после чего закрывают затвор 2. Из сепаратора 4 через кран 5 в форсунку 6 подают воду в количестве 2-15 мас.% от количества загруженных в бункер 1 резиновых отходов и орошают отходы.

Предварительное орошение (смачивание) резиновых отходов позволяет увеличить теплообмен отходов со стенками печи в процессе их перемещения по печи. Это обусловлено тем, что влажная пленка (или капли), образующаяся на поверхности отходов, снижает тепловое сопротивление в местах контакта частиц отходов с нагретыми стенками печи, в результате чего интенсифицируется процесс передачи тепла от стенки к отходам. Подача воды меньше 2 мас.% от количества отходов резко снижает процесс интенсификации, т.е. теплообмен практически не ускоряется, т.к. образующейся на поверхности отходов пленки недостаточно для существенного изменения условий теплообмена между отходами и нагретой стенкой печи.

Подача воды в количестве более 15 мас.% от количества отходов приводит к появлению эффекта стекания ее с поверхности отходов, в результате чего вода падает на стенки печи струйками, не накапливаясь в нижней части последней, что резко снижает температуру стенок печи и приводит в итоге к падению интенсивности процесса передачи тепла от стенок к отходам и образованию избытка водяного пара.

После орошения открывают затвор 3 и под действием собственного веса отходы поступают в печь 7. Одновременно в горелку 8 через кран 9 подают природный газ и поджигают его, а продукты сгорания выводят через рубашку 10, образующую газоход, и далее с помощью дымососа 11 выбрасывают в дымовую трубу 12. После начала процесса сжигания газа с помощью двигателя 13 приводят во вращение шнек 14, который перемещает резиновые отходы к выходу из печи 7. С момента начала перемещения отходов из сепаратора 4 через кран 15 и расходомер 16 в распылитель 17 подают воду в количестве 50-150 мас.% от количества резиновых отходов.

Через перфорации (отверстия) 18 вода орошает отходы. Увлажненные они перемещаются вдоль печи и нагреваются в результате теплообмена с нагретыми стенками печи. При этом за температурой нагрева наблюдают по показаниям датчика температуры 19 и в соответствии с показаниями последнего увеличивают или уменьшают количество газа, сжигаемого в горелке 8.

В процессе нагрева отходов вначале испаряется вода, пар перегревается и в печи поднимается давление, а воздух вытесняется. Таким образом, создается паровая среда в печи. При нагреве отходов до 400°С начинается процесс их термического разложения с образованием твердых и газообразных продуктов.

Газообразные продукты разложения отходов смешиваются с водяным паром и через кран 20 выводятся в холодильник 21. При этом за давлением парогазовой среды в печи наблюдают по показаниям манометра 22 и, регулируя краном 20 выход парогазовой смеси, устанавливают давление в печи выше атмосферного, тем самым исключают попадание атмосферного воздуха в печь.

После подачи в распылитель 17 заданного количества воды (50-150 мас.%) перекрывают кран 15 и прекращают распыление воды. Одновременного в бункер 1 засыпают следующую порцию отходов. Далее открывают кран 5 и через форсунку 6 подают воду в количестве 2-15 мас.% от количества отходов и орошают их. После орошения открывают затвор 3, и отходы под действием собственного веса поступают в печь 7.

Подача воды в количестве менее 50 мас.% от количества отходов не позволяет создать давление пара в объеме печи выше атмосферного и вытеснить воздух. В то же время подача воды в количестве более 150 мас.% приводит к резкому росту давления пара и возможному паровому взрыву. При этом также резко увеличиваются затраты энергии на испарение воды и общие энергозатраты на процесс переработки отходов. Одновременно увеличится нагрузка на холодильник 21, и часть парогазовой смеси не будет сконденсирована. Таким образом, увеличение подачи воды в печь более 150 мас.% нарушает весь технологический процесс переработки отходов.

В холодильнике 21 парогазовая смесь охлаждается до температуры 100°С, в результате чего конденсируются водяной пар и часть газообразных продуктов разложения отходов. Образующийся конденсат (смесь воды и масла) через кран 23 сливают в сепаратор 4, где отделяют масло и через кран 24 сливают в емкость 25, а вода остается в емкости сепаратора 4.

Неконденсирующиеся в холодильнике 21 газообразные продукты разложения с помощью компрессора 26 через кран 27 подают в горелку 8 и сжигают. При этом с помощью крана 9 уменьшают подачу в горелку природного газа. Одновременно из емкости 25 насосом 28 через кран 29 в горелку 8 подают жидкие продукты разложения, а краном 9 прекращают подачу природного газа.

Расход жидких продуктов регулируют краном 29 таким образом, чтобы в печи 7 температура была в диапазоне 400-500°С.

Твердые продукты разложения резиновых отходов шнеком 14 перемещают к выходу из печи 7, где их орошают водой. Для этого из сепаратора 4 через кран 30 насосом 31 в распылитель 32 подают воду в количестве 10-20 мас.%. Вода через перфорации 33 орошает твердые продукты разложения отходов, нагревается и испаряется, в результате чего твердые продукты разложения охлаждаются. Образующийся водяной пар в смеси с продуктами разложения через кран 20 выводят в холодильник 21 и конденсируют. При этом за температурой твердых продуктов наблюдают по показаниям термометра 34 и устанавливают (регулируют краном 30 расход воды) температуру 100-170°С. При достижении заданной температуры твердые продукты через дозатор 35 подают в сепаратор 36, где отделяют металл (металлический корд) от углеродистого остатка. Металл подают в емкость 37, а углеродистый остаток выгружают в емкость 38.

Подача воды в количестве менее 10 мас.% от количества отходов не обеспечивает охлаждения их до температуры 100-170°С, т.е. температуры, при которой отходы без возгорания могут быть выгружены из печи 7. Увеличение расхода воды более 20 мас.% от количества отходов приведет к резкому снижению температуры в печи (ниже 400°С) и прекращению процесса термического разложения отходов. При этом образуется водяной пар, который поступит в холодильник 21 и приведет к его перегрузке, т.е. температура в холодильнике 21 поднимется выше 100°С, и конденсация пара прекратится, в результате чего нарушится технологический процесс переработки отходов.

Использование конденсата, получаемого в холодильнике 21, для орошения отходов и твердых продуктов разложения их позволяет предотвратить сброс конденсата в окружающую среду. При этом из конденсата генерируется водяной пар в самой печи, что исключает необходимость в использовании парогенератора и пароперегревателя, а также исключается необходимость в специальной водоподготовке, которая необходима при получении перегретого водяного пара в парогенераторе.

Таким образом, использование конденсата позволяет снизить материалоемкость оборудования (исключается необходимость в парогенераторе), уменьшить удельные энергозатраты на процесс переработки, так как водяной пар генерируется прямо в самой печи (исключаются тепловые потери, неизбежные при передаче пара от парогенератора в печь по трубопроводу).

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

В бункер загрузки 1 при открытом затворе 2 и закрытом затворе 3 подают 500 кг резиновых отходов (измельченных до размеров кусков 200-300 мм изношенных шин), после чего затвор 2 закрывают. Из сепаратора 4 через кран 5 в форсунку 6 подают воду в количестве 10 кг (2% от массы отходов) и орошают отходы.

После орошения отходов открывают затвор 3 и под действием собственного веса отходы проваливаются в печь 7. Одновременно с подачей отходов в печь 7 в горелку 8 через кран 9 подают природный газ с расходом 100 кг/ч и сжигают его, а продукты сгорания в количестве 900 кг/ч выводят через рубашку 10, образующую газоход, и далее с помощью дымососа 11 выбрасывают в дымовую трубу 12. После начала процесса сжигания газа с помощью двигателя 13 приводят во вращение шнек 14, который начинает перемещать резиновые отходы со скоростью 5 м/ч к выходу из печи 7. С момента начала перемещения отходов из сепаратора 4 через кран 15 и расходомер 16 в распылитель 17 подают воду с расходом 250 кг/ч. Так как весь процесс нагрева и разложения отходов протекает в течение 60 минут, то для поддержания паровой среды в течение этого периода необходимо равномерно подавать воду, т.е. установить расход воды 250 кг/ч, что обеспечит в то же время необходимые 50 мас.% воды по отношению к количеству отходов.

Через отверстия 18 вода орошает отходы. Увлажненные отходы перемещаются вдоль печи и в результате теплообмена с нагретыми стенками печи нагреваются. При этом за температурой нагрева отходов наблюдают по показаниям датчика 19 и устанавливают температуру Т=400°С, регулируя количество газа, сжигаемого в горелке 8.

В процессе нагрева отходов вначале испаряется вода, пар перегревается, в печи поднимается давление и вытесняется воздух. Таким образом, создается заданная паровая среда в печи. При достижении температуры 400°С начинается процесс термолиза с образованием твердых и газообразных продуктов разложения. Газообразные продукты разложения отходов смешивают с водяным паром и через кран 20 смесь выводят в холодильник 21. При этом за давлением парогазовой среды в печи наблюдают по показаниям манометра 22 и, регулируя краном 20 выход парогазовой смеси, устанавливают давление в печи выше атмосферного.

К моменту подачи в распылитель 17 воды в количестве 250 кг в бункер загрузки 1 при открытом затворе 2 и закрытом затворе 3 подают 500 кг резиновых отходов, после чего затвор 2 закрывают. Из сепаратора 4 через кран в форсунку 6 подают водный конденсат в количестве 10 кг (2% от массы отходов) и орошают отходы.

После орошения открывают затвор 3 и под действием собственного веса отходы поступают в печь 7. Из сепаратора 4 через кран 15 и расходомер 16 в распылитель 17 подают конденсат (воду) с расходом 250 кг/ч (50% от массы отходов). При этом расход воды регулируют с помощью крана 15 и расходомера 16.

В холодильнике 21 парогазовая смесь охлаждается до температуры 100°С, в результате чего конденсируется 260 кг/ч водяного пара и 230 кг/ч газообразных продуктов разложения отходов.

Образующийся конденсат (смесь воды и масла) в количестве 490 кг/ч через кран 23 сливают в сепаратор 4, где отделяют 230 кг/ч масла и через кран 24 сливают в емкость 25, а вода в количестве 260 кг/ч накапливается в емкости сепаратора 4.

Неконденсирующиеся в холодильнике 21 газообразные продукты в количестве 20 кг/ч с помощью компрессора 26 через кран 27 подают в горелку 8 и сжигают. При этом с помощью крана 9 уменьшают на 20 кг/ч подачу в горелку природного газа.

Одновременно из емкости 25 насосом 28 через кран 29 в горелку 8 подают 68 кг/ч жидких продуктов разложения, а краном 9 прекращают подачу природного газа.

Твердые продукты разложения в количестве 250 кг/ч шнеком 14 перемещают к выходу из печи 7. На выходе из печи 7 твердые продукты орошают водой в количестве 75 кг/ч (15% от массы отходов).

Для орошения твердых продуктов разложения используют водный конденсат, который собирается в сепараторе 4, подавая его через кран 30 насосом 31 в распылитель 32 в количестве 75 кг/ч.

Вода через перфорации 33 орошает твердые продукты разложения, нагревается и испаряется, в результате чего продукты разложения охлаждаются. Образующийся водяной пар в смеси с газообразными продуктами разложения отходов через кран 20 выводят в холодильник 21 и конденсируют. При этом за температурой твердых продуктов наблюдают по показаниям термометра 34 и устанавливают (регулируют краном 30 расход воды) температуру 150°С. По достижении данной температуры твердые продукты через дозатор 35 подают в сепаратор 36, где отделяют 25 кг/ч металла от углеродистого остатка. Металл подают в емкость 37, а 225 кг/ч углеродистого остатка выгружают в емкость 38.

Пример 2.

В бункер загрузки 1 при открытом затворе 2 и закрытом затворе 3 подают 200 кг резиновых отходов (измельченных предварительно до размеров кусков 50-100 мм), после чего затвор 2 закрывают. Из сепаратора 4 через кран 5 в форсунку 6 подают воду в количестве 30 кг (15% от массы отходов) и орошают.

После орошения открывают затвор 3 и под действием собственного веса отходы проваливаются в печь 7. Одновременно с подачей отходов в бункер 1 в горелку 8 через кран 9 подают природный газ с расходом 40 кг/ч и сжигают его, а продукты сгорания в количестве 360 кг/ч выводят через рубашку 10, образующую газоход, и далее с помощью дымососа 11 выбрасывают в дымовую трубу 12. После начала процесса сжигания газа с помощью двигателя 13 приводят во вращение шнек 14, который начинает перемещать резиновые отходы со скоростью 5 м/ч к выходу из печи 7. С момента начала перемещения отходов из сепаратора 4 через кран 15 и расходомер 16 в распылитель 17 подают воду в количестве 300 кг/ч (150% от массы отходов). При этом регулируют количество воды с помощью крана 15 и расходомера 16.

Через перфорации 18 вода орошает отходы. Увлажненные они перемещаются вдоль печи и в результате теплообмена с нагретыми стенками печи нагреваются. При этом за температурой нагрева отходов наблюдают по показаниям датчика температуры 19 и устанавливают температуру Т=500°С, регулируя количество газа, сжигаемого в горелке 8.

В процессе нагрева отходов вначале испаряется вода, пар перегревается, в печи поднимается давление и вытесняется воздух. Таким образом, создается паровая среда в печи. При нагреве отходов до 400°С начинается процесс их термического разложения с образованием твердых и газообразных продуктов. При этом образуется 50% твердых (100 кг) и 50% газообразных продуктов (100 кг при полном разложении 200 кг отходов). Газообразные продукты разложения смешивают с водяным паром и через кран 20 смесь выводят в холодильник 21. За давлением парогазовой среды в печи наблюдают по показаниям манометра 22 и, регулируя краном 20 выход парогазовой смеси, устанавливают давление в печи выше атмосферного.

К моменту подачи в распылитель 17 воды в количестве 300 кг в печь подают новую порцию увлажненных (200 кг отходов и 30 кг воды) резиновых отходов. Для увлажнения отходов используют водяной конденсат из сепаратора 4.

В холодильнике 21 парогазовая смесь охлаждается до температуры 100°С, в результате чего конденсируется 330 кг/ч водяного пара и 90 кг/ч газообразных продуктов разложения (10% составляют неконденсирующиеся газы).

Образующийся конденсат (смесь воды и масла) в количестве 420 кг/ч через кран 23 сливают в сепаратор 4, где отделяют 90 кг/ч масла и через кран 24 сливают в емкость 25, а вода в количестве 330 кг/ч накапливается в емкости сепаратора 4.

Неконденсирующиеся в холодильнике 21 газообразные продукты в количестве 10 кг/ч с помощью компрессора 26 через кран 27 подают в горелку 8 и сжигают. При этом с помощью крана 9 уменьшают на 10 кг/ч подачу в горелку природного газа.

Одновременно из емкости 25 насосом 28 через кран 29 в горелку 8 подают 28 кг/ч жидких продуктов разложения, а краном 9 прекращают подачу природного газа.

Твердые продукты разложения резиновых отходов в количестве 100 кг/ч шнеком 14 перемещают к выходу из печи 7, где их орошают водой. Для этого из сепаратора 4 через кран 30 насосом 31 в распылитель 32 подают воду в количестве 50 кг/ч и через перфорации 33 орошают твердые продукты разложения отходов, при этом вода нагревается и испаряется, а продукты разложения охлаждаются. Образующийся водяной пар в смеси с газообразными продуктами разложения через кран 20 выводят в холодильник 21 и конденсируют. При этом за температурой твердых продуктов наблюдают по показаниям термометра 34 и устанавливают (регулируют краном 30 расход воды) температуру 100°С. При достижении данной температуры твердые продукты через дозатор 35 подают в сепаратор 36, где отделяют металл от углеродистого остатка. Металл в количестве 10 кг/ч подают в емкость 37, а 90 кг/ч углеродистого остатка выгружают в емкость 38.

Заявленный способ переработки резиновых отходов испытан в условиях экспериментального производства и отличается от известных улучшенными показателями по энергетическим затратам и выбросам вредных веществ в окружающую среду.

Источники информации

1. Пальгунов П.П., Сумароков М.В. Утилизация промышленных отходов. - М.: Стройиздат, 1990, с.165-166.

2. Патент RU №2076501, МКИ С 16 В 29 В 17/00, С 08 J 11/10. БИ №9, 1967.

3. Шеин B.C., Ермаков В.И., Нохрин Ю.Г. Обезвреживание и утилизация выбросов и отходов при производстве и переработке эластомеров. - М.: Химия, 1987, с.226-227 (прототип).

Изобретение относится к технологии переработки промышленных и бытовых отходов и может быть применено в резино-технической промышленности, жилищно-коммунальном хозяйстве, топливно-энергетическом комплексе и нефтехимии для получения сырьевых и топливных ресурсов. Способ переработки резиновых отходов включает их термическое разложение в печи, разделение продуктов разложения на твердые и газообразные, выделение жидкой фазы из газообразных продуктов и отвод последних на сжигание для поддержания процесса разложения. Отходы перед термическим разложением смешивают с 2÷15 мас.% воды, смешивание отходов с водой осуществляют путем распыления ее в печи в печи в количестве 50÷150% от массы отходов, при этом твердые продукты разложения орошают водой в количестве 10÷20% от массы резиновых отходов.1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ переработки резиновых отходов, включающий их термическое разложение в печи, разделение продуктов разложения на твердые и газообразные, выделение жидкой фазы из газообразных продуктов и отвод последних на сжигание для поддержания процесса разложения, отличающийся тем, что предварительно перед термическим разложением отходы смешивают с 5-15 мас.% воды, а затем повторно их смешивают с водой путем распыления ее в печи в количестве 50-150% от массы отходов, а твердые продукты разложения орошают водой в количестве 10-20% от массы резиновых отходов.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве воды используют конденсат, который получают путем сепарации из жидкой фазы.