СПОСОБ ТЕРМОЛИЗА И СИСТЕМА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОССТАНОВЛЕННОЙ САЖИ И ТОПЛИВА ИЗ ОТРАБОТАННЫХ ШИН Российский патент 2023 года по МПК C10G1/10 C10B53/07 C08J11/12 

Описаны способ и система термолиза отработанных шин для получения восстановленной сажи и топлива лучшего качества, чем те, которые используются в современном уровне техники, где восстановленная сажа имеет качество, сопоставимое с полуармирующей сажей, представленной в настоящее время на рынке, благодаря химическому составу ее поверхности и поведению в резине, а полученное топливо имеет низкое содержание углеродистого материала.

Кроме того, характеристики топлива, полученного способом по изобретению, позволяют очищать конденсаторы без остановки процесса путем введения части того же полученного топлива в трубы конденсатора.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известны различные способы и системы пиролиза и термолиза для обработки отработанных шин, когда получают неочищенное топливо от темно-коричневого до черного цвета, задача которых состоит в улучшении топлива за счет этапов доочистки.

WO0226914 предоставляет системы и процедуры пиролиза шин, содержащие подачу полосок шины в контейнер для пиролиза и пиролиз полос в указанном контейнере для пиролиза с получением смеси пиролизного газа и сажи; пиролизный газ обрабатывают путем центробежного отделения от него захваченных частиц, разделения пиролизного газа на углеводородный конденсат и легкий пар, извлечения унесенного углеводородного конденсата из легкого пара и очистки и переработки углеводородного конденсата; смесь сажи обрабатывают путем измельчения смеси для разрушения всех волокон и масс неорганических твердых веществ, путем охлаждения смеси сажи, отделения неочищенных примесей от углеродной смеси, а также путем очистки и рафинирования сажи; углеводородный конденсат очищают и перерабатывают путем удаления всех оставшихся примесей, удаления любых полициклических ароматических соединений с получением прозрачного бесцветного пластифицирующего масла; сажу очищают и перерабатывают путем измельчения в порошок, удаления всех оставшихся твердых примесей, необязательно гранулирования сажи и хранения его в мешках или упаковках для транспортировки. Однако в этом документе не используется оборудование для мгновенной перегонки, которое напрямую связано с реактором пиролиза, что позволяет рециркулировать часть жидкой углеводородной фазы в реактор пиролиза, предотвращая унос углеродистого материала в газообразный поток.

Документ JP2005074320 описывает устройство для отделения остатков пиролиза, образующихся в момент, когда такие остатки, такие как отработанные шины, подвергаются сухой перегонке. Это устройство для разделения металла и карбида, содержащихся в остатке пиролиза, образующемся во время сухой перегонки, содержит: бункер, который вводит остаток пиролиза в резервуар для воды, защищая остаток пиролиза от воздуха; лопасть, расположенная под слоем воды в бункере, вращается для создания потока воды; устройство для извлечения металла извлекает осажденный металл на дне резервуара для воды; и устройство для извлечения карбида извлекает карбид, плавающий на поверхности воды, из резервуара для воды. В этом документе не описан сам способ пиролиза, а скорее обработка остатков, образовавшихся в процессе пиролиза, по той же причине не описываются ни этапы, ни оборудование для мгновенной перегонки.

Документ CL-51,252 (заявка CL-26-2010) описывает способ термической обработки использованных шин, основанный на предварительном нагревании предварительно измельченного сырья в механизме подачи вертикального реактора, который позволяет повысить эффективность термообработки за счет снижения энергозатрат за счет использования остаточной энергии, указанный способ включает: (а) подачу предварительно измельченных использованных шин на конвейер; (b) подачу указанных использованных шин в механизм подачи, расположенный над реактором; (c) предварительный нагрев указанных использованных шин внутри указанного механизма подачи первым потоком первых выхлопных газов из двигателя внутреннего сгорания; (d) подачу указанных использованных и предварительно нагретых шин в указанный реактор; (e) подачу второго потока выхлопных газов из двигателя через первую газовую соединительную трубу, расположенную в средней зоне указанного реактора или зоны реакции термолиза, создавая в указанном реакторе бескислородную среду, генерируя с указанной реакцией термолиза поток термолизного газа, выходящего из реактора через выпускное отверстие, и объем твердых продуктов термолиза, падающий в нижнюю часть указанного реактора; (f) рециркуляцию газов, используемые на этапе (c), изнутри механизма подачи в впускную трубу, расположенную в нижней части охлаждения реактора, для охлаждения твердых продуктов термолиза, полученных на этапе (e); (g) удаление твердых продуктов термолиза, охлажденных на этапе (f), таких как сажа, минеральные агрегаты из шин, металлическая арматура и другие, которые выходят через нижнюю часть реактора через затвор питателя в направлении приемника твердых продуктов термолиза; (h) доставку охлажденных твердых продуктов термолиза через специальный питатель к магнитному сепаратору для отделения твердых продуктов термолиза, сажи и других от металлической арматуры; и (i) рециркуляцию указанного потока газа термолиза. Хотя описан способ термолиза шины, его не проводят в горизонтальном цилиндрическом реакторе, и при этом атмосфера реактора не инертирована азотом, газы сгорания находятся в прямом контакте с материалом, подлежащим термолизу, в отличие от настоящего изобретения, в котором тепловой поток проходит через внешнюю камеру, окружающую реактор. Кроме того, в CL-51,252 не упоминается операция рециркуляции жидких углеводородов из емкости для мгновенной перегонки в реактор, а также не указывается конкретная конструкция баллона для перегонки.

В документе JP2014142460 описана система обработки отработанных шин, пластиковых отходов и т.д. для преобразования в пиролизное масло, в которой энергия пиролизного газа в высокотемпературном состоянии используется для эффективного отделения 1-Petroleum (бензин класса 1) от содержания масла. Система обработки для преобразования в пиролизное масло содержит нижний резервуар, нагреватель для нагрева нижнего резервуара, цилиндр для перегонки с выпускным отверстием для отработанного газа наверху, зону охлаждения, средство сбора ингредиентов для сжиженных ингредиентов для сбора сжиженных ингредиентов в охлаждающей части, датчик температуры, расположенный непосредственно над средством для сбора сжиженных ингредиентов в цилиндре для перегонки, и средства управления для управления нагревателем. Хотя описана система пиролиза шин, которая содержит, среди прочего, цилиндр для перегонки после реактора пиролиза, операция рециркуляции из этого цилиндра для перегонки в реактор не описана, равно как и конкретная конструкция цилиндра, указанная для перегонки.

В документе TW462984 описан способ утилизации твердых отходов, таких как отработанные шины, который включает использование ряда этапов, включающих: нагревание, сухую перегонку и пиролиз с образованием твердых газов и карбидов; выгрузку твердых карбидов из нижней части топки реактора; применение ряда этапов обработки, содержащих промывку водой, магнитную селекцию, щелочную промывку, промывку кислотой на твердых карбидах для разделения стальной проволоки и удаления золы, содержащей тяжелые металлы; измельчение карбидов до желаемого размера частиц с образованием сажи высокой чистоты; введение сажи в печь активации для ее нагрева и активации в паровой среде с получением гранулированного активированного угля; конденсацию газового продукта и применение этапа разделения нефти/газа на газовом продукте с образованием мазута и побочных продуктов топливного газа. Такое жидкое топливо и/или топливный газ можно вводить в печь пиролиза и печь активации в качестве топлива для нагрева вне печи. В этом документе сухая перегонка описывается вместе с пиролизом, однако реактор пиролиза не является горизонтальным, окруженным внешней камерой, с другой стороны, емкость для мгновенной перегонки не имеет особой конструкции, описанной в настоящем изобретении.

С другой стороны, дополнительное преимущество настоящего изобретения связано с очисткой труб конденсатора, используемых в способе термолиза, который осуществляется с помощью части топлива, полученного в способе изобретения, то есть оно проходит в параллельном потоке вместе с технологическим потоком, протекающим по трубам конденсаторов.

Обычно очистка теплообменников внутри выполняется во время технического обслуживания оборудования и/или путем отвода потока газа на конденсацию, чтобы вместо этого впрыснуть очищающий поток.

Для очистки теплообменников используются такие способы, как:

• Промывка под высоким давлением потоком воды из разобранного оборудования внутри или снаружи установки, а также во время периодов технического обслуживания.

• Использование химических продуктов для устранения отложений внутри оборудования, которое было демонтировано или нет, внутри или вне установки, во время технического обслуживания или эксплуатации, в последнем случае необходимо перекрыть подачу в технологический поток, используя системы рециркуляции. (US 6485578 B1).

• Использование инструментов для очистки труб, обычно с помощью стержня в разобранном оборудовании внутри или снаружи установки во время технического обслуживания.

• Использование роботизированной системы для очистки теплообменника на месте, без разборки оборудования, но с отключением технологического потока (CN1664486 A).

• Встроенная система очистки с системой очистителей, таких как твердые сферы, способные вытягивать отложения из труб, не прерывая технологический поток (CN104315919, CN203615822 U, US4569097 A).

В частности, в JP 2005134079 описываются способ и оборудование для эффективного удаления загрязнений из охлаждающих труб конденсатора для конденсации газа пиролиза полистирола. При этом внутри конденсатора расположены охлаждающие трубы, через которые проходит хладагент. Газ пиролиза полистирола из устройства термического разложения подается в конденсатор, в котором он охлаждается за счет теплообмена с хладагентом в охлаждающих трубах, и высококипящий компонент, содержащий стирол, конденсируется в виде масла (топлива). Когда поверхности охлаждающих труб загрязнены, масло, полученное в результате конденсации, распыляется на поверхность охлаждающих труб с помощью распыляемой среды, и загрязнение удаляется очищающим эффектом распыления. Хотя в этом документе неявно упоминается очистка конденсатора, связанная с способом пиролиза, эта очистка не выполняется с впрыском углеводородного топлива, полученного в том же способе, рециркулируемого в параллельном потоке. В соответствии с настоящим изобретением полученное топливо имеет высокое содержание ароматических соединений, которые позволяют топливу иметь высокую растворяющую способность твердых частиц внутри труб конденсатора. Кроме того, в настоящем изобретении очистка более эффективна, поскольку она не только зависит от давления топлива на выходе через форсунки, но также зависит от характеристик топлива, то есть продукта, очищающего внутреннюю часть топлива. Трубы конденсатора и их способность растворять внутреннюю накипь в трубе конденсатора. Тот факт, что впрыск топлива в трубы осуществляется в параллельном потоке, создает синергетический эффект втягивания между очищающей жидкостью (топливом) и технологическим потоком газа, повышая эффективность очистки по сравнению с другими аналогичными системами. Кроме того, в изобретении предусмотрена система фильтрации топлива, доля которого рециркулируется для очистки труб конденсатора, где остатки, переносимые этой долей, улавливаются тем же фильтром. В документе JP2005134079 хладагент или рабочая текучая среда проходит через внутреннюю часть труб, и очистка производится на внешней поверхности труб, через которые проходит технологическая текучая среда или газообразный поток, подлежащий конденсации.

Документ US 7998281 B2 относится к устройству для поточной очистки и обслуживания трубчатой линии теплообмена. Рассматривается закачка жидкости, которая будет очищаться под высоким давлением, без вмешательства в технологическую линию, то есть без открытия оборудования или остановки работы. Его область применения - нефтехимическая промышленность, особенно для охлаждения сточных вод, выходящих из печи для крекинга. В этом документе не используется тот же продукт, полученный этим способом, в качестве чистящего средства, то есть не используется углеводородное топливо, произведенное в том же способе, с характеристиками, полученными благодаря системе и способу по изобретению. С другой стороны, система теплообмена в указанном документе относится к теплообменнику трубчатого типа (линия с водяной рубашкой), а не к кожухотрубному теплообменнику, используемому в настоящем изобретении.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

На Фигуре 1 показана блок-схема способа согласно изобретению, на которой указаны каждый из компонентов системы согласно изобретению вместе с соответствующими элементами потоками.

На Фигуре 2 показано пояснение к системе конденсации с 2 последовательно включенными теплообменниками, где указано использование части произведенного топлива, которое рециркулирует из легочного контейнера для временного хранения топлива.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ изобретения будет объяснен посредством блок-схемы на Фиг. 1, идентифицирующей каждый из потоков, вовлеченных в способ, и каждый из компонентов системы изобретения.

Способ термолиза для получения восстановленной сажи и топлива из отработанных шин включает следующие этапы, на которых:

a) измельчают отработанные шины до получения кусков резины размером от 0,1 до 4 дюймов (от 0,25 до 10,16 см);

b) подают измельченный материал (А) во вращающийся горизонтальный цилиндрический реактор термолиза (1), который окружен внешней камерой (2);

c) закрывают реактор (1) и подают в реактор инертный газ (3), предпочтительно газообразный азот, чтобы создать бескислородную атмосферу (от 99,0% до 99,9%) и поддерживать манометрическое давление внутри реактора между 10 и 200 мбар (1 и 20 кПа);

d) выполняют косвенный нагрев реактора (1) газами (N), которые поступают из камеры (4) сгорания, которые направляются во внешнюю камеру (2);

e) постепенно повышают температуру от комнатной и поддерживают её в диапазоне от 250°C до 350°C в течение периода от 1 до 4 часов, газифицируя воду, все более легкие углеводороды и часть наиболее тяжелых углеводородов;

f) повторно повышают температуру до более чем 450°C, добиваясь газификации тяжелого углеводорода, который все еще находился в жидком состоянии, в течение периода от 2 до 4 часов.

g) получают из блока реактора (1) и внешней камеры (2) газообразный поток углеводородов (B), газы (O) сгорания и восстановленную сажу (C);

h) охлаждение восстановленной сажи (C) внутри реактора (1) и извлечение остаточных углеводородов из восстановленной сажи путем отгонки инертным газом (3) и извлечение восстановленной сажи (C) из реактора (1);

i) подают углеводородный газообразный поток (B) в емкость (5) для мгновенной перегонки, где благодаря конструкции емкости (5) для мгновенной перегонки и из-за изменений давления внутри него часть потока остается в газообразной фазе (D), а другая уходит в жидкое состояние (B1);

j) пропускают газообразный поток (D) из емкости (5) для мгновенной перегонки в систему (6) теплообменников, где часть газообразного потока конденсируется, а другая часть поддерживается в газообразном состоянии, в результате получая двухфазный поток (G) в конце прохода через систему (6) теплообменников;

k) отводят двухфазный поток (G), который выходит из системы (6) теплообменников в резервуар (11) разделения фаз, где происходит разделение конденсата с газом из-за эффекта разности фаз двухфазного потока (G), создающего поток (I) газовой фазы и поток (H) жидкой фазы;

l) направляют газообразную фазу (I) к батарее водяных затворов (7), поток (J) которой затем питает камеру (4) сгорания, чтобы генерировать необходимое тепло в процессе и сделать его энергетически самоподдерживающимся;

m) направляют жидкую фазу (H) в систему (8) фильтрации для получения отфильтрованного потока топлива (K), которое хранится для коммерческого использования (M) в резервуаре конечного хранения (не показан на фигурах), где часть этого отфильтрованного потока топлива (K) остается в контейнере (9) для легких; и

n) используют часть произведенного топлива (L), которое поступает из легочного контейнера (9) при очистке (L1, L2 ...) в параллельном потоке системы (6) теплообменников.

Перед этапом измельчения и во время этапа измельчения извлекают металл, например, с помощью магнитного сепаратора (не показан на фигуре 1).

На этапе e) передают тепла от внешней камеры (2) к реактору (1), где находится измельченный материал (A), который регулирует подачу топлива (J) в камеру (4) сгорания через контур управления, который принимает температурный сигнал внутри реактора, чтобы избежать бурных процессов сублимации резины и предотвращения увеличения чрезмерных потоков газа, втягивающих углеродсодержащий материал.

Реактор (1) имеет систему датчиков температуры, которая подает сигнал в систему контура управления, с помощью которой посредством заданной температуры можно регулировать количество топлива (J), которое используется в камере (4) сгорания, и, следовательно, количество газов (N) сгорания, которое подается во внешнюю камеру (2) реактора (1).

Кроме того, на этапе е) поддерживают жидкий слой, в котором жидкая/паровая фаза находится в равновесии внутри реактора (1).

Термолиз внутри реактора (1) заканчивают, когда газ перестает выделяться после второго повышения температуры на этапе f), которое контролируется датчиком потока газа. Максимальное время пребывания измельченного материала в реакторе (1) составляет 12 часов.

Камера (4) сгорания способна работать с газообразным или жидким топливом, генерируя тепловую энергию, необходимую для достижения рабочих условий реактора (1), используя газы сгорания в качестве источника тепла для реактора.

Емкость (5) для мгновенной перегонки имеет вертикальную цилиндрическую конструкцию, так что ее верхняя часть, где расположена газовая фаза, имеет больший объем по сравнению с ее нижней частью, где накапливается жидкая фаза, что позволяет возвращать в реактор (1) жидкую фазу (B1), отделенную эффектом изменения давления в той же емкости (5) для мгновенной перегонки. В то же время, втягивание углеродистого материала в потоке (D), который остается в газообразном состоянии, предотвращается из-за снижения скорости этого потока, с помощью которого тяжелые углеводороды, присутствующие в жидкой фазе (B1), перерабатываются, поскольку эта конструкция имеет перелив, который позволяет углеводородам в жидкой фазе (B1) возвращаться в реактор, уменьшая углеродистые остатки в конечном топливе в дополнение к уменьшению твердых частиц, которые осаждаются внутри труб (14) системы (6) теплообменников.

Газы (N) сгорания, которые образуются в камере (4) сгорания, проходят через внешнюю камеру (2) реактора (1), снабжая теплом, необходимым для проведения термолиза измельченного резинового материала (A).

Газы (O) сгорания, выходящие из внешней камеры (2), соединяются со свежим воздухом (P) в центробежном нагнетателе (13) для создания потока свежих газов (Q) сгорания. Часть этого потока (Q) свежих газов сгорания возвращается (Q1) в камеру (4) сгорания для повышения энергоэффективности и обеспечения полного сгорания газов, с этим воздухом (P), который был предварительно нагрет за счет газов (O) сгорания, которые вышли из внешней камеры (2) реактора (1), оставшаяся доля (Q2) выбрасывается в атмосферу (10).

Батарея (7) водяного затвора этапа I) состоит из ряда вертикальных контейнеров с водой, через которые проходит неконденсированный газ (I), действующих как система безопасности, предотвращающая возгорание газа.

Один из этих вертикальных контейнеров батареи (7) водяного затвора содержит раствор гидроксида кальция или каустической соды, который снижает содержание серы в газообразном потоке (I).

Система (6) теплообменников содержит по меньшей мере две трубы (14) и кожух (15) теплообменников, включенных последовательно (как показано на Фиг. 2) или параллельно (не показано).

В системе (6) теплообменников, которая используется на этапе j), выполняются следующие этапы для достижения очистки внутренней части труб (14) без необходимости остановки операции/способа:

j.1) ввод в поток (D) газа, выходящий из емкости (5) для мгновенной перегонки в параллельном потоке, часть сгенерированного топлива (L1, L2 ...) внутри труб (14), где рециркуляционный поток топлива (L1, L2 ...) попадает внутрь головок (17) труб (14) через форсунки (16), ориентированные в направлении, параллельном потоку газа;

j.2) ввод потока охлаждающей воды (F1, F2 ...), поступающей из охлаждающего контура (12), в кожух (15); и

j.3) очистка внутренней части труб (14) благодаря высокому давлению, с которым впрыскивается рециркулируемое топливо (L1, L2 ...), и его способности растворять, втягивая осажденный материал в трубы (14).

На каждые 4 трубы (14) будет установлен форсунок (16), чтобы обеспечить надлежащую очистку их внутренней части в каждом теплообменнике.

Рециркуляция потока топлива (L1, L2 ...) автоматически активируется, когда эффективность теплообмена теряется, что происходит, когда уменьшается разница между температурами на входе и выходе потока охлаждающей воды (E, E1, E2.), которая проходит через кожухи (15) теплообменников, где указанный поток охлаждающей воды (E, E1, E2.) направляется в охлаждающий контур (12) для возврата в систему (6) теплообменников, где указанная проверка осуществляется с помощью датчиков.

В системе и способе по изобретению в качестве продуктов получают восстановленную сажу (C) и жидкое топливо (L), основные характеристики которых описаны ниже:

Восстановленная сажа имеет качество, сопоставимое с полуармирующей сажью, представленной в настоящее время на рынке, благодаря химическому составу его поверхности и поведению в резине, в зависимости от области применения он может частично или полностью заменять обычную углеродную сажу, например те, которые используются там, где требуется отвод тепла.

Полученная восстановленная сажа может быть нанесена на различные резиновые элементы, такие как детали автомобилей, подошвы обуви, шланги; антивибрационные элементы; кровельные покрытия; конвейеры; в дополнение к черным чернилам для полиграфической промышленности; и для черного пигмента в пластмассовой промышленности.

Одно из основных преимуществ восстановленного сажи, полученной по настоящему изобретению, состоит в том, что по сравнению с обычными способами производства сажи выбросы CO2 значительно уменьшены. Подсчитано, что для производства 1 тонны сажи, восстановленной с помощью способа по настоящему изобретению, генерируется 130 кг CO2 по сравнению с 2,5 тоннами CO2, генерируемыми в способе производства обычной сажи, что соответствует снижению углеродного следа на 95%.

В свою очередь, топливо, полученное согласно изобретению, имеет следующие характеристики:

Это топливо с теплотой сгорания, которое находится в диапазоне традиционных видов топлива, таких как дизельное топливо и мазут №6. Оно имеет низкую вязкость, поэтому его можно использовать в качестве добавки и улучшать характеристики более вязкого топлива. Его точка застывания и точка засорения холодного фильтра возникают при более низких температурах, чем у традиционных видов топлива, что дает ему эксплуатационное преимущество при использовании в местах с экстремальными условиями, например, при низких температурах в горных хребтах.

По сравнению с тяжелым топливом топливо имеет более низкое содержание серы, углеродистых материалов, золы, отложений и воды, что приводит к более низким выбросам загрязняющих веществ.

Использование этого топлива имеет нейтральную долю выбросов CO2, так как их получают из шин, в состав которых входит биомасса (натуральная резина).

Топливо, полученное в способе термолиза, может быть использовано в стационарных двигателях, электрогенераторах, котлах для нагрева воды и генерации пара, в качестве добавки к тяжелому топливу и в качестве сырья для производства других продуктов.

Это более чистое жидкое топливо с содержанием ароматических углеводородов более 90% по сравнению, например, с топливом, полученным по патенту US8137508B2, с максимальным содержанием ароматических углеводородов 80% и с топливом, полученным в патентной заявке CN 105694942 с содержанием ароматических углеводородов 60%. Такое высокое содержание ароматических углеводородов в топливе позволяет ему действовать как растворитель для твердого материала, приставшего к внутренней части труб системы (6) теплообменников. В дополнение к условию впрыска топлива под давлением в трубы системы теплообменников, полученное топливо выполняет очистку внутренней части труб синергетически из-за высокого содержания ароматических углеводородов в топливе.

В современном уровне техники топливо от коричневого до черного получают в основном из-за более высокого содержания углеродсодержащего материала, топливо, полученное в соответствии с изобретением, имеет цвет от янтарного до коричневого из-за более низкого содержания углеродистого материала.

В тех способах уровня техники, в которых доочистка топлива рассматривается посредством перегонки и/или использования катализаторов, получают более чистое топливо, однако для достижения этой цели необходимо больше инвестировать в оборудование, получается более низкая урожайность, образуются дополнительные отходы и увеличиваются эксплуатационные расходы.

Процент углеродсодержащих остатков топлива согласно изобретению составляет от 0,8% до 3% по весу, что сравнивается с показателем, полученным в уровне техники, но с применением различных методов последующей обработки, таких как использование перегонки или катализаторов для улучшения качества топлива, однако в изобретении нет дополнительной обработки.

С другой стороны, изобретение относится к системе термолиза для получения восстановленной сажи и топлива из отработанных шин, которая содержит следующие компоненты:

i. вращающийся горизонтальный цилиндрический реактор (1) термолиза, который окружен внешней камерой (2), где реактор (1) принимает измельченный материал (A), подлежащий обработке, получая из этого набора (реактор и внешняя камера) газообразный поток углеводородов (B), газов (O) сгорания и восстановленной сажи (C);

ii. камеру (4) сгорания, которая косвенно нагревает реактор (1) газами (N), которые направляются во внешнюю камеру (2);

iii. емкость (5) для мгновенной перегонки, в которую поступает поток (B) углеводородного газа из реактора (1), где, благодаря конструкции емкости (5) мгновенного испарения и из-за изменений давления внутри нее, часть потока остается в газообразной фазе (D), а другая становится жидкой (B1);

iv. система (6) теплообменников, которая принимает газообразный поток (D) из емкости (5) для мгновенной перегонки, где часть газообразного потока конденсируется, а другая часть поддерживается в газообразном состоянии, получая, наконец, двухфазный поток (G) в конце прохода через систему (6) теплообменников;

v. резервуар (11) разделения фаз, который принимает двухфазный поток (G), который выходит из системы (6) теплообменников, где разделение конденсата с газом происходит из-за разницы фаз двухфазного потока (G), создающей поток в газовой фазе (I) и поток в жидкой фазе (H);

vi. батарею водяных затворов (7), которая принимает газовую фазу (I), генерируя поток (J), который затем питает камеру (4) сгорания, чтобы генерировать необходимое тепло в процессе и сделать его энергетически самоподдерживающимся;

vii. систему (8) фильтрации, которая принимает жидкую фазу (H) для получения отфильтрованного потока (K) топлива; и

viii. легочный контейнер (9), в котором хранится часть отфильтрованного потока (K) топлива от общего количества топлива, которое хранится (M) для продажи в резервуаре конечного хранения (не показан на фигурах).

Система также содержит охлаждающий контур (12), который поддерживает технологическую воду, циркулирующую в системе (6) теплообмена, холодной.

Изобретение относится к способу и системе термолиза получения восстановленной сажи и топлива из отработанных шин, которые содержат реактор термолиза и емкость для мгновенной перегонки, действующие совместно для очистки топлива и без необходимости дополнительной обработки для его очистки. Во время термолиза конденсаторы очищаются без необходимости перекрывать поток или отклонять поток газа, так как отложения, образующиеся внутри труб системы теплообмена, очищаются с использованием части полученного топлива. Технический результат - полученная сажа сопоставима с существующей полуармирующей сажей, полученное топливо имеет высокое содержание ароматических соединений. 2 н. и. 24 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ термолиза для получения восстановленной сажи и топлива из отработанных шин, отличающийся тем, что он включает этапы, на которых:

a) измельчают отработанные шины (резины) до размера от 0,1 до 4 дюймов (от 0,25 до 10,16 см);

b) подают измельченный материал (А) во вращающийся горизонтальный цилиндрический реактор (1) термолиза, который окружен внешней камерой (2);

c) закрывают реактор (1) и подают в реактор инертного газа (3) для создания бескислородной атмосферы;

d) выполняют косвенный нагрев реактора (1) газами (N), поступающими из камеры (4) сгорания, которые направляют во внешнюю камеру (2);

e) постепенно повышают температуру от комнатной и поддерживают ее в диапазоне от 250°C до 350°C в течение периода от 1 до 4 часов, газифицируя воду, все более легкие углеводороды и некоторые из более тяжелых углеводородов;

f) повторно повышают температуру до более чем 450°C в течение периода от 2 до 4 часов, достигая газификации более тяжелых углеводородов, которые находятся в жидком состоянии;

g) получают из блока реактора (1) и внешней камеры (2) газообразный поток углеводородов (B), газы (O) сгорания и восстановленную сажу (C);

h) охлаждают восстановленную сажу (C) внутри реактора (1) и извлекают остаточные углеводороды из восстановленной сажи путем отгонки инертным газом (3) и извлечения восстановленной сажи (C) из реактора (1);

i) направляют углеводородный газообразный поток (B) в емкость (5) для мгновенной перегонки, где часть потока остается в газообразной фазе (D), а другая переходит в жидкое состояние (B1);

j) пропускают газообразный поток (D) из емкости (5) для мгновенной перегонки в систему (6) теплообменников, где часть газообразного потока конденсируется, а другая часть поддерживается в газообразном состоянии, в результате получают двухфазный поток (G) в конце прохода через систему (6) теплообменников;

k) отводят двухфазный поток (G), который выходит из системы (6) теплообменников в резервуар (11) разделения фаз, где происходит разделение конденсата с газом из-за эффекта разности фаз двухфазного потока (G), создающего поток (I) газовой фазы и поток (H) жидкой фазы;

l) направляют газообразную фазу (I) к батарее водяных затворов (7), поток (J) которой затем питает камеру (4) сгорания, для генерирования необходимого тепла в способе и получения его энергетически самоподдерживающимся;

m) направляют жидкую фазу (H) в систему (8) фильтрации для получения отфильтрованного потока (K) топлива, которое хранится для продажи (M) в резервуаре конечного хранения, где часть этого потока (K) отфильтрованного топлива остается в легочном контейнере (9); и

n) используют часть произведенного топлива (L), которое поступает из легочного контейнера (9) при очистке (L1, L2 …) в параллельном потоке системы (6) теплообменников.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на этапе c) инертный газ (3) представляет собой газообразный азот, и на этом этапе создается бескислородная атмосфера в пределах от 99,0% до 99,9%, поддерживающая манометрическое давление внутри реактора от 10 до 200 мбар (от 1 до 20 кПа).

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на этапе i), где, благодаря конструкции емкости (5) для мгновенной перегонки и из-за изменений давления внутри него, часть потока (B) углеводородного газа остается в газообразной фазе (D), а другая переходит в жидкое состояние (B1).

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что до и во время этапа а) извлекают металлы.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что извлечение металлов осуществляют с помощью магнитного сепаратора.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что на этапе е) передают тепло от внешней камеры (2) к реактору (1), где находится измельченный материал (A), который регулирует подачу топлива (J) в камеру (4) сгорания через контур управления, который принимает температурный сигнал внутри реактора (1), чтобы избежать процессов бурной сублимации резины и увеличения чрезмерных газовых потоков, несущих углеродистый материал.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что в реакторе (1) установлена система датчиков температуры, которая подает сигнал в систему контура управления, с помощью которой через заданную температуру регулируют количество топлива (J), используемого в камере (4) сгорания, и, следовательно, количество газов (N) сгорания, подаваемых во внешнюю камеру (2) реактора (1).

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что на этапе е) поддерживают жидкий слой там, где жидкая фаза/паровая фаза находится в равновесии внутри реактора (1).

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что термолиз внутри реактора (1) заканчивают, когда заканчивается генерация газа, после второго повышения температуры на этапе f), которое контролируется датчиком потока.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что максимальное время пребывания измельченного материала (А) в реакторе (1) составляет 12 часов.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что камера (4) сгорания работает на газообразном или жидком топливе, вырабатывая тепловую энергию, необходимую для достижения рабочих условий реактора (1), используя газы сгорания в качестве источника тепла для реактора.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что газы (N) сгорания, которые образуются в камере (4) сгорания, проходят через внешнюю камеру (2) реактора (1), снабжая необходимым теплом для проведения термолиза резинового измельченного материала (A).

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что газы (O) сгорания, которые выходят из внешней камеры (2), соединяются со свежим воздухом (P) в центробежном нагнетателе (13) для создания потока (Q) свежих газов сгорания, где часть этого потока (Q) свежих газов сгорания рециркулируется (Q1) в камеру (4) сгорания для повышения энергоэффективности и обеспечения полного сгорания газов с этим воздухом (P), который предварительно нагрет благодаря газам (O) сгорания, которые покинули внешнюю камеру (2) реактора (1), и оставшаяся доля (Q2) выбрасывается в атмосферу (10).

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что емкость (5) для мгновенной перегонки имеет вертикальную цилиндрическую конструкцию, так что его верхняя часть, где расположена газовая фаза, имеет больший объем по сравнению с его нижней частью, где расположена газовая фаза, это позволяет возвращать в реактор (1) жидкую фазу (B1), отделенную эффектом изменения давления в той же емкости (5) для мгновенной перегонки, предотвращая втягивание углеродистого материала в потоке (D), который остается в газообразном состоянии из-за снижения скорости этого потока, с помощью которого тяжелые углеводороды, присутствующие в жидкой фазе (B1), перерабатываются, поскольку указанная конструкция имеет перелив, который позволяет углеводородам в жидкой фазе (B1) возвращаться в реактор, уменьшая углеродистые остатки в конечном топливе в дополнение к уменьшению количества твердых частиц, которые осаждаются внутри труб (14) системы (6) теплообменников.

15. Способ по п.1, отличающийся тем, что неконденсированный газ (I) из резервуара (11) для разделения фаз проходит через батарею водяных затворов (7) этапа I), состоящую из ряда вертикальных контейнеров с водой, и которые действуют как система безопасности, чтобы избежать воспламенения газа.

16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что один из этих вертикальных контейнеров батареи водяных затворов (7) содержит раствор гидроксида кальция или каустической соды, снижающий содержание серы в газообразном потоке (I).

17. Способ по п.1, отличающийся тем, что очистка теплообменной системы (6) осуществляется за счет действия производимого топлива (L), при этом система (6) теплообменников состоит из по меньшей мере двух труб (14) и кожуха (15) теплообменников, включенных последовательно или параллельно.

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что для достижения очистки внутренней части труб (14) без остановки операции/способа, следующие этапы выполняют в системе (6) теплообменников, которая используется на этапе j):

j.1) подачу части сгенерированного топлива (L1, L2 …) в газообразный поток (D) из емкости (5) для мгновенной перегонки в параллельном потоке во внутреннюю часть труб (14), где поток рециркуляции топлива (L1, L2 …) попадает внутрь некоторых головок (17) по трубам (14) через форсунки (16), ориентированные в направлении, параллельном потоку газообразного потока;

j.2) ввод потока охлаждающей воды (F1, F2 …), поступающей из охлаждающего контура (12), в кожух (15); и

j.3) очистку внутренней части труб (14) благодаря высокому давлению, с которым впрыскивается рециркулирующее топливо (L1, L2 …), и его способности растворять, втягивая осажденный материал в трубы (14).

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что количество форсунок (16) равно одному на каждые 4 трубы (14) для правильной очистки внутренней части труб (14) теплообменников.

20. Способ по п.18, отличающийся тем, что рециркуляция потока (L1, L2 …) топлива автоматически активируется, когда теряется эффективность теплообмена, что происходит, когда уменьшается разница между температурами на входе и выходе потока (E, E1, E2.) охлаждающей воды, который проходит через кожухи (15) теплообменников, где указанный поток (E, E1, E2.) охлаждающей воды направляется в холодильный контур (12) для возврата в систему (6) теплообменников, где указанная проверка выполняется с помощью датчиков.

21. Система термолиза для получения восстановленной сажи и топлива из отработанных шин, отличающаяся тем, что она включает:

i. вращающийся горизонтальный цилиндрический реактор (1) термолиза, который окружен внешней камерой (2), где реактор (1) выполнен с возможностью приема измельченного материала (A), подлежащего обработке, для получения из этого набора реактора (1) и внешней камеры (2) газообразного потока углеводородов (B), газов (O) сгорания и восстановленную сажу (C);

ii. камеру (4) сгорания, выполненную с возможностью косвенного нагрева реактора (1) газами (N), которые направляются во внешнюю камеру (2);

iii. емкость (5) для мгновенной перегонки, выполненную с возможностью приема потока (B) углеводородного газа из реактора (1), где часть потока (B) углеводородного газа остается в газовой фазе (D), а другая переходит в жидкое состояние (B1);

iv. систему (6) теплообменников, выполненную с возможностью приема газообразного потока (D) из емкости (5) для мгновенной перегонки, где часть газообразного потока конденсируется, а другая часть остается в газообразном состоянии, для получения, наконец, двухфазного потока (G) в конце прохода через систему (6) теплообменников;

v. резервуар (11) разделения фаз, выполненный с возможностью приема двухфазного потока (G), который выходит из системы (6) теплообменников, где происходит разделение конденсата с газом из-за разницы фаз двухфазного потока (G), создающей поток (I) в газовой фазе и поток (H) в жидкой фазе;

vi. батарею водяных затворов (7), выполненную с возможностью приема газовой фазы (I), для генерирования потока (J), который затем питает камеру (4) сгорания, чтобы генерировать необходимое тепло в процессе и сделать его энергетически самоподдерживающимся;

vii. систему (8) фильтрации, выполненную с возможностью приема жидкой фазы (H) для получения отфильтрованного потока (K) топлива; и

viii. легочный контейнер (9), выполненный с возможностью хранения части отфильтрованного потока (K) топлива от всего топлива, которое хранится (M) в резервуаре конечного хранения для продажи.

22. Система по п.21, отличающаяся тем, что она дополнительно включает охлаждающий контур (12), выполненный с возможностью поддержания технологической воды, циркулирующей через систему (6) теплообмена, холодной.

23. Система по п.21, отличающаяся тем, что емкость (5) для мгновенной перегонки имеет вертикальную цилиндрическую конструкцию, так что ее верхняя часть, где расположена газовая фаза, имеет больший объем по сравнению с ее нижней частью, где накапливается жидкая фаза, что позволяет возвращать в реактор (1) жидкую фазу (B1), отделенную эффектом изменения давления в той же емкости (5) для мгновенной перегонки, предотвращая втягивание углеродистого материала в потоке (D), который остается в газообразном состоянии из-за снижения скорости этого потока, с которым тяжелые углеводороды, присутствующие в жидкой фазе (B1), повторно обрабатываются, поскольку эта конструкция имеет перелив, что позволяет углеводородам в жидкой фазе (B1) возвращаться в реактор, уменьшая углеродистые остатки в конечном топливе в дополнение к уменьшению твердых частиц, которые осаждаются внутри труб (14) системы (6) теплообменников.

24. Система по п.21, отличающаяся тем, что батарея (7) водяного затвора состоит из ряда вертикальных контейнеров с водой, через которые проходит неконденсированный газ (I), действующих как система безопасности для предотвращения воспламенения газа.

25. Система по п.21, отличающаяся тем, что система (6) теплообменников содержит по меньшей мере две трубы (14) и кожух (15) теплообменников, включенных последовательно или параллельно.

26. Система по п. 21, отличающаяся тем, что система имеет датчики, при этом реактор (1) имеет систему датчиков температуры, которая подает сигнал в систему контура управления технологическим способом, с помощью которой через заданную температуру A регулируется количество топлива (J), которое используется в камере (4) сгорания, и, следовательно, количество газов (N) сгорания, которое подается во внешнюю камеру (2) реактора (1); кроме того, реактор (1) имеет датчик потока для контроля завершения термолиза внутри реактора (1), установленный для регистрации завершения генерации газа.