Устройство для переработки полимерной составляющей армированных отходов Российский патент 2023 года по МПК C10B53/07 

Изобретение относится к переработке полимерных армированных отходов без предварительной сортировки путем термической деструкции полимерной составляющей. Предлагаемое решение преобразует полимерную составляющую армированных отходов, включая шланги, уплотнения и шины, изделия, содержащие армированный полиэтилен, полистирол, полиэфиры (ПЭТФ, ПЭТ, ПЭТГ, лавсан) и т.п., в товарные продукты. Получаемые углеводородные и углеродные товарные продукты, используются непосредственно либо как сырье.

Известно устройство для пиролиза углеводородного сырья, в частности изношенных шин (заявка ФРГ 2949983, МПК С10В 53/00, 1981), содержащее вертикальный реактор, сообщенный через блок конденсации и сепарации соответственно с блоками сбора жидкого и газового продуктов и блоком нагрева реактора.

Известно устройство для переработки изношенных автопокрышек (патент РФ на полезную модель №4356, МПК C10J 3/02, C10G 1/10, опубл. 27.01.2005), содержащее вертикальный реактор, сообщенный через блок конденсации и сепарации соответственно с блоками сбора жидкого и газового продуктов и блоком нагрева реактора, причем колосник реактора выполнен в виде трубы с отверстиями.

Известно устройство для переработки резиносодержащих отходов (патент РФ на полезную модель №70659, МПК C10J 3/02, C10G 1/10, приоритет от 21.11.2007) содержащее вертикальный реактор сообщенный через блок конденсации и сепарации соответственно с блоками сбора жидкого и газового продуктов и блоком нагрева реактора, второй вход которого соединен с блоком управления оснащенным датчиками температуры в реакторе, выход же твердой фазы реактора соединен с регулируемым блоком выгрузки, а колосник реактора образуют вертикально расположенные секции, стенки которых выполнены с жалюзи, наклоненными внутрь секций.

Ближайшим по технической сущности и принятым за прототип является устройство (патент РФ на полезную модель №№192978, МПК C10G 1/10, C10J 3/02, приоритет от 15.02.2019), содержащее энергоблок и вертикальный реактор сообщенный через блок конденсации и сепарации соответственно с блоками сбора жидкого и газового продуктов и блоком нагрева реактора, второй вход которого соединен с блоком управления оснащенным датчиками температуры в реакторе и соединенным с блоком загрузки и блоком вертикального возвратно-поступательного перемещения, выход же твердой фазы реактора соединен с регулируемым блоком выгрузки, а колосник реактора образуют вертикально расположенные секции, стенки которых выполнены с жалюзи различной ширины по высоте, наклоненными внутрь секций и с неравномерным шагом.

Недостатки, известных устройств обусловлены тем, что при термической деструкции несортированных армированных полимерных отходов в их объеме естественным образом локализуются как фрагменты армирования, так и фрагменты образующейся твердой углеподобной фазы формируемой в т.ч. модифицированными сшитыми системами. Различные температуры фазовых переходов разнообразных полимерных компонентов в жидкое и газообразное состояние усугубляет процесс фрагментации и локализации. В результате резко дифференцируются физико-химические свойств по объему. Этот закономерный процесс препятствует равномерному движению перерабатываемых отходов в колоснике и естественно приводит к нестабильности процесса термической деструкции. Более того, с большой вероятностью, образуются локальные зоны вторичной полимеризации, приводящие к формированию вязких фрагментов, демпфирующих направленные вибрации колосника. В итоге возвратно-поступательные перемещения колосника не обеспечивают стабильного регулируемого перемещения отходов в нем и, как следствие, с большой вероятностью образуется «коксовая пробка», что влечет остановку процесса.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, является стабилизация процесса термической деструкции полимерной составляющей несортированных армированных полимерных отходов с целью обеспечения стабильности процессов формирования товарных продуктов, а соответственно и стабильности их физико-химических свойств.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для переработки полимерной составляющей армированных полимерных отходов, содержащее энергоблок и вертикальный реактор сообщенный через блок конденсации и сепарации соответственно с блоками сбора жидкого и газового продуктов и блоком нагрева реактора, второй вход которого соединен с блоком управления оснащенным датчиками температуры в реакторе и соединенным с блоком загрузки и блоком вертикального возвратно-поступательного перемещения, выход же твердой фазы реактора соединен с регулируемым блоком выгрузки, а колосник реактора образован вертикально расположенными секциями, стенки которых выполнены с жалюзи различной ширины по высоте, наклоненными внутрь секции и с неравномерным шагом, причем секция колосника содержит в центре вертикальный элемент с жалюзи наклоненными внутрь секции и соединенный с блоком возвратно-поступательного перемещения.

Жалюзи вертикального элемента расположены по высоте с неравномерным шагом.

Шаги жалюзи вертикального элемента по высоте соответствуют расположению шагам жалюзи колосника.

Шаги жалюзи вертикального элемента по высоте расположены со сдвигом на 0,5 шага соответствующего жалюзи колосника.

На фиг. 1 представлена общая блок-схема устройства переработки полимерной составляющей армированных отходов.

Предлагаемое устройство переработки полимерной составляющей армированных отходов содержит вертикальный реактор 1 сообщенный через блок конденсации и сепарации 2 соответственно с блоками сбора жидкого 3 и газового продуктов 4 и блоком нагрева реактора 5, второй вход которого соединен с блоком управления 6 оснащенным датчиками температуры 7 в реакторе и соединенным с блоком загрузки 8 и блоком вертикального возвратно-поступательного перемещения 9, выход же твердой фазы реактора соединен с регулируемым блоком выгрузки 10, а колосник реактора 11 образован вертикально расположенными секциями, стенки которых выполнены с жалюзи различной ширины по высоте, наклоненными внутрь секции и с неравномерным шагом, причем в центре секции колосник содержит вертикальный элемент 12 с жалюзи наклоненными внутрь секции и соединенный с блоком возвратно-поступательного перемещения.

Жалюзи вертикального элемента 12 расположены по высоте с неравномерным шагом.

Шаги жалюзи вертикального элемента 12 по высоте соответствуют расположению шагам жалюзи колосника 11.

Шаги жалюзи вертикального элемента 12 по высоте расположены со сдвигом на 0,5 шага соответствующего жалюзи колосника 11.

Устройство содержит энергоблок 13 соединенный соответственно с блоками сбора жидкого и газового продуктов и обеспечивающий электрическое питание устройства.

Реактор деструкции полимерных отходов 1 с колосником 11 и блоком датчиков температуры 7, блоки сбора жидкого 3 и газового 4 продуктов, блок управления 6 и регулируемый блок выгрузки 10 могут быть выполнены в соответствии с патентом РФ на полезную модель №70659, и реализованными в установке ША-20 производимой по ТУ 3614-001-82445915-2007 от 01.11.2007 г. ООО «ЭкоТехЭнерго». Вертикальные элементы 12 с жалюзи, наклоненными внутрь секции, выполняются аналогично колоснику 11 и соединены клепкой с блоком 9 регулируемого вертикального возвратно-поступательного перемещения. Блок конденсации и сепарации 2 и блок нагрева реактора 5 на основе горелок типа ВНК могут быть выполнены в соответствии с описанными в отчете НИОКР «Резиносодержащие отходы, технологии их переработки, основные принципы построения технологического комплекса» (промежуточный) ООО «ЭкоТехЭнерго», №ГР 01201055055, Инв. №0220.1054115. Блок 9 регулируемого вертикального возвратно-поступательного перемещения колосника 11 в реакторе 1 может быть выполнен в виде регулируемых гидропривода и/или эксцентрикового механизма. Блок 8 непрерывной загрузки может быть выполнен на основе шнекового механизма с регулируемой скоростью вращения. Энергоблок 13 может быть выполнен в виде газопоршневой установки производства фирмы GE Jenbacher с электрическим генератором.

Основу переработки гетерогенных армированных полимерных отходов составляет их нагрев до перехода полимерной составляющей в газовую фазу с образованием наночастиц типа {C_nH_m} и последующей ее конденсацией с выделением жидкого и газового продуктов, часть которых преобразуется в тепловую и электрическую энергии, обеспечивающие процесс с одновременным образованием твердой углеподобной фазы формируемой остальными молекулами, в т.ч. сшитыми системами, и фазу, содержащую металлические и минеральные составляющие. Баланс и качественные характеристики товарных продуктов определяются преимущественно стабильностью параметров наночастиц типа {C_nH_m}. Стабильность формирования наночастиц определяется стабильностью термической деструкции т.е. стабильностью процессов тепломассообмена, где определяющим является стабильность перемещения вещества отходов в колоснике.

Устройство работает следующим образом.

Армированные полимерные отходы без предварительной сортировки, например, смесь фрагментов армированных шлангов и уплотнений, шин, изделий содержащих армированный полиэтилен, полистирол, полиэфиры (ПЭТФ, ПЭТ, ПЭТГ, лавсан) и т.п., посредством блока 8 непрерывной загрузки поступают в колосник 11 реактора 1. Отходы без доступа окислителей нагреваются до температуры деструкции полимерной составляющей в диапазоне до 700°С посредством блока нагрева реактора 5 на основе горелок типа ВНК. Пуск устройства осуществляется за счет внешнего источника энергии. Например, как в известном устройстве для пуска используется углеводородное жидкое топливо (из отдельной емкости), на котором изначально работают горелки (на схеме не показано).

По мере реализации процесса деструкции полимерной составляющей отходов образуется газовая фаза в виде термодинамически устойчивых наноразмерных частиц типа {C_nH_m}, которая в блоке конденсации и сепарации 2 преобразуется в жидкий и газовый продукты поступающие соответственно в блоки сбора жидкого 3 и газового 4 продуктов. Часть газового продукта используется для поддержания процесса термической деструкции посредством блока нагрева реактора 5 на основе горелок типа ВНК. Автономное энергоснабжение устройства обеспечивается энергоблоком 13.

Одновременно, в процессе термической деструкции полимерной составляющей отходов образуется твердая углеподобная фаза, формируемая остальными молекулами, в т.ч. сшитыми системами, и фаза, содержащая металлические и минеральные фрагменты армирования. Процесс термической деструкции отходов реализуется при перемещении указанных фаз в колоснике 11 под воздействием вертикального возвратно-поступательного перемещения вертикального элемента 12 с жалюзи блоком 9 управляемого блоком 6.

Блок 9 перемещая возвратно-поступательно вертикальный элемент 12 с жалюзи определяет скорость перемещения отходов в колоснике 11. Регулирование скорости перемещения отходов блоком 6 (включая ручной режим) стабилизирует процесс термической деструкции, предотвращая локализацию, как фрагментов армирования, так и фрагментов образующейся твердой углеподобной фазы перерабатываемых отходов в колоснике 11. Выгрузка твердой фазы из реактора осуществляется регулируемым блоком выгрузки 10.

Трансформация отходов в колоснике 11 при термической деструкции с формированием твердой углеподобной фазы сопровождается изменением их физико-химических параметров, включая плотность и объем. Поэтому жалюзи вертикального элемента 12 расположены неравномерно. Для обеспечения лучшего тепломассообмена и отвода газовой фазы в уменьшающемся объеме отходов жалюзи вертикального элемента 12 расположены по высоте с неравномерным шагом «В» в соответствии с шагом жалюзи колосника. В соответствии с изменением объема отходов изменяется и объем колосника посредством ширины жалюзи от «А» до «С». Для обеспечения стабильного перемещения отходов шаги жалюзи вертикального элемента 12 расположены по высоте со сдвигом D на 0,5 шага относительно соответствующих жалюзи колосника 11.

Таким образом, наличие вертикального элемента 12 с возвратно-поступательным перемещением в колоснике 11 позволяет стабилизировать тепломассообменные процессы при переработке отходов. Стабилизация тепломассообменных процессов обеспечивает стабильность формирования наночастиц типа {C_nH_m} и соответственно стабильность формирования товарных продуктов.

Технический результат заключается в стабилизации процесса термической деструкции полимерной составляющей несортированных гетерогенных армированных полимерных отходов и, как следствие, обеспечение стабильности процессов формирования товарных продуктов, а, соответственно, и стабильности их физико-химических свойств.

Изобретение относится к устройству для переработки полимерной составляющей армированных полимерных отходов. Техническим результатом является стабилизация процесса термической деструкции и, как следствие, обеспечение стабильности процессов формирования товарных продуктов, а соответственно, и стабильности их физико-химических свойств. Технический результат достигается устройством для переработки полимерной составляющей армированных полимерных отходов, которое содержит энергоблок и вертикальный реактор, сообщенный через блок конденсации и сепарации соответственно с блоками сбора жидкого и газового продуктов и блоком нагрева реактора. Второй вход реактора соединен с блоком управления, оснащенным датчиками температуры в реакторе и соединенным с блоком загрузки и блоком вертикального возвратно-поступательного перемещения. Выход твердой фазы реактора соединен с регулируемым блоком выгрузки, а колосник реактора образован вертикально расположенными секциями, стенки которых выполнены с жалюзи различной ширины по высоте, наклоненными внутрь секции, и с неравномерным шагом, содержащий в центре вертикальный элемент с жалюзи, наклоненными внутрь секции, и соединенный с блоком возвратно-поступательного перемещения. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для переработки полимерной составляющей армированных полимерных отходов, содержащее энергоблок и вертикальный реактор, сообщенный через блок конденсации и сепарации соответственно с блоками сбора жидкого и газового продуктов и блоком нагрева реактора, второй вход которого соединен с блоком управления, оснащенным датчиками температуры в реакторе и соединенным с блоком загрузки и блоком вертикального возвратно-поступательного перемещения, выход же твердой фазы реактора соединен с регулируемым блоком выгрузки, а колосник реактора образован вертикально расположенными секциями, стенки которых выполнены с жалюзи различной ширины по высоте, наклоненными внутрь секции и с неравномерным шагом, отличающееся тем, что секции колосника в центре содержат вертикальный элемент с жалюзи, наклоненными внутрь секции, и соединенный с блоком возвратно-поступательного перемещения.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что жалюзи вертикального элемента расположены по высоте с неравномерным шагом.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что шаги жалюзи вертикального элемента по высоте соответствуют расположению шагам жалюзи колосника.

4. Устройство по пп. 1, 2, отличающееся тем, что шаги жалюзи вертикального элемента по высоте расположены со сдвигом на 0,5 шага соответствующего жалюзи колосника.