Способ утилизации изношенных автомобильных шин Российский патент 2024 года по МПК B29B17/00 C08J11/04 

Изобретение относится к области утилизации изношенных автомобильных шин и отходов резинотехнических изделий.

Известен способ переработки использованных резиновых покрышек вакуумным пиролизом при температуре в диапазоне от 490°С до 510°С при абсолютном давлении менее 5 кПа и числе адсорбции йода от 130 до 150 мг/г с получением углеродной сажи – US №5087436.

Известен также способ термической переработки изношенных шин, включающий загрузку шин в реактор, пиролиз материала с последующим разделением твёрдого остатка продуктов пиролиза. Пиролиз осуществляют при температуре 1000°С в среде восстановительного газа - GB №1481352.

Недостатком указанных выше способов является сложность оборудования и большие энергетические затраты.

Известны технические решения, направленные на повышение эффективности переработки при снижении энергетических затрат и получение качественных продуктов, пригодных для вторичного использования.

Так, известен способ утилизации отработавших шин и отходов резинотехнических изделий, при котором осуществляют термическую обработку сырья, которое помещают в экстрактор, заполненный нефтепродуктами при температуре 260-290^oC, полностью растворяют резину, при этом используют перфорированную корзину для обработки сырья, а после полного растворения резины полученную резинобитумную композицию сливают, а остаток сажи, минеральных компонентов и металлический корд, находящийся в корзине, промывают бензиновым растворителем, который затем отгоняют с водяным паром и после этого твердый остаток измельчают и извлекают из него металлический корд и сажу - РФ № 2153415.

Недостатком данной технологии является относительно низкая эффективность растворения резины, обусловленная ограниченным доступом экстрагента к местам взаимного контакта утилизируемых шин при их размещении в корзине.

Известен способ термической переработки изношенных шин, при котором осуществляют пиролиз измельченных шин в реакторе при температуре 550-800°С в среде восстановительного газа, полученного в генераторе восстановительных газов сжиганием газов, содержащих углеводороды, и осуществляют разделение продуктов пиролиза при использовании теплового агрегата, по меньшей мере, часть выходящих из реактора газообразных продуктов пиролиза с парами жидких углеводородов подают в генератор восстановительных газов и тепловой агрегат, а, по меньшей мере, часть выходящих из теплового агрегата дымовых газов подают в генератор восстановительных газов и реактор - РФ № 2269415.

Этот способ также направлен на повышение эффективности переработки при снижении энергетических затрат, но имеет недостатком загрязнение воздуха рабочей зоны вредными веществами, кроме того, такие операции, как предварительное измельчение шин и предварительный перегрев шин в отдельном устройстве, требуют много энергии, имеют сложность управления объёмом и качеством дымовых газов и восстановительного газа.

Известен способ утилизации автомобильных шин, основанный на предварительном прогреве, пиролизе и конденсации газообразных продуктов. Предварительный прогрев шин проводится внутри одного герметизированного объема в бескислородной среде, а пиролиз осуществляют в пиролизаторе с центральным узким каналом, в котором действующими факторами пиролиза выступают горячие газы, инфракрасное излучение стенок канала и регулируемый объем восстановительных газов, температуру которых регулируют спиральными нагревателями перед подачей их в пиролизатор. Обгоревший металлокорд шины подают в приемно-запорный объем углеродных остатков от металлокорда, в котором разделяют углеродные остатки и металлокорд в различные бункеры. При этом газы, содержащие несконденсированные углеводороды, после прохождения холодильника, заново подаются в топочное устройство, затем в пиролизатор и холодильник, осуществляя замкнутый цикл без выброса вредностей в атмосферу – РФ № 2385805.

Недостаток способа заключается в повышенном энергопотреблении используемого в процессе оборудования и недостаточной эффективности утилизации автомобильных шин из-за большого расхода топлива.

Наиболее близким аналогом является способ утилизации изношенных автомобильных шин, включающий термическую обработку шин в экстракторе, заполненным нефтяным мазутом или гудроном, циркулирующим снизу вверх при температуре 260-290°С до полного растворения резины, с последующим разделением продуктов переработки, при этом процесс растворения резины сопровождается процессом вращения перерабатываемых покрышек в разные стороны друг относительно друга, а силы, трения, возникающие в точках соприкосновения покрышек, способствуют ускорению процесса растворения - РФ № 2377274.

Недостатком способа являются повышенные энергетические затраты, обусловленные использованием высоких температур для обеспечения термической обработки шин, затраты на работу циркуляционного насоса и вращения шин. Кроме того, повышенные энергетические затраты снижают скорость процесса и его производительность.

В соответствии с недостатками известного решения, техническая задача изобретения заключается в повышении энергетической и экономической эффективности, производительности и качества получаемого продукта.

Поставленная задача решается в способе утилизации изношенных автомобильных шин, при котором шины проходят в экстракторе термическую обработку нефтепродуктом. В экстрактор, в виде автоклава, загружают автомобильные шины, заливают подготовленным нефтепродуктом в виде битума, разведённого в растворителе, содержащем 60-80 % циклических углеводородов, при 60^оС. После этого повышают температуру до 140-180°С при давлении до 3 атм и воздействии ультразвуком частотой 20-60 кГц. Нефтепродукт и растворитель используют при следующем соотношении компонентов, мас.%: битум 35 – 45; растворитель, содержащий 60-80 % циклических углеводородов - 65- 55.

Частные случаи выполнения способа заключаются в следующем:

− нефтепродукт готовят до заливки в автоклав в реакторе с якорной мешалкой при 60^оС до полного растворения;

− в качестве растворителя используют каменноугольный ксилол;

− часть растворителя составляет керосин в пропорции 10-20%.

Для реализации способа используют стандартное оборудование: основной процесс утилизации шин происходит в автоклаве типа Б6-КА2-В, для разведения битума в растворителе - реактор с якорной мешалкой типа «emkost.gradus-k», ультразвуковая установка – любая стандартная для полосы заданных частот – 20-60 кГц, СВЧ волновод используется стандартный, выбирается в зависимости от конкретной используемой в процессе утилизации частоты, в диапазоне 20-60 кГц.

Пример осуществления способа.

Предварительно, до заливки в автоклав, в реакторе с якорной мешалкой готовят нефтепродукт при 60^оС до полного растворения битума, разведённого в растворителе, содержащем 60-80% циклических углеводородов. Для этого можно использовать следующий состав: битум - 40 мас.%, каменноугольный ксилол - 45 мас.%, керосин - 15 мас.%.

Температура первичного разведения битума в растворителе, равная 60^оС, обусловлена скоростью его растворения в незакрытом реакторе с якорной мешалкой.

Затем в автоклав объёмом, например, 6 м³ с датчиками контроля температуры, давления и СВЧ волноводом, плотно загружают использованные автомобильные шины, которые заливают подготовленным составом до верхней кромки шин. Автоклав закрывают крышкой.

Далее повышают температуру до 150°С при давлении до 3 атм и воздействии ультразвуком частотой 30 кГц.

Величина давления, не превышающая 3 атм, установлена предохранительным клапаном стандартного автоклава, используемого в данной реализации способа.

Диапазон воздействия ультразвуком частотой 20-60 кГц обусловлен заводскими стандартами генератора СВЧ.

Через 10-14 часов, в зависимости от толщины и размера загруженных шин, установку выключают и оставляют остывать закрытый автоклав до 60^оС.

После снятия крышки автоклава, из набухшей резины удаляют металлические ободья и корд при помощи крюка электроподъёмника.

Оставшаяся смесь представляет собой чистую растворённую резину, которую используют в виде востребованного материала - резинобитумной гидроизоляции и добавки в производстве резиновых изделий.

Использование нефтепродукта в виде битума в способе, в отличие от использования мазута или гудрона в прототипе, обусловлено отсутствием в нём дополнительных примесей, усложняющих технологию переработки.

Повышение энергетической эффективности, производительности и качества получаемого продукта обусловлено параметрами при производстве продукта. Эти параметры получены экспериментально. При отклонении от заявленного диапазона, эффективность способа падает.

Например, при уменьшении количества битума менее 35 мас.%, резко замедляется время растворения резины в обрабатываемой автомобильной шине; при увеличении количества битума более 45 мас.%, полученный продукт не будет соответствовать требуемой кондиции.

При уменьшении растворителя менее 55 мас.%, увеличивается время растворения шин в реакторе с якорной мешалкой, и время на дальнейшую переработку полученных материалов в продукт.

При увеличении растворителя более 65 мас.%, резко замедляется время растворения резины в обрабатываемой автомобильной шине.

Добавление в растворитель керосина в пропорции 10-20%, вследствие его свойств, позволяет ускорять процесс разведения битума, но при этом недостаток или излишек добавки керосина приведёт к увеличению времени растворения вследствие изменения концентрации компонентов растворителя.

Данный способ позволяет значительно уменьшить энергоёмкость, характерную для высокотемпературного пиролиза, обычно применяемого при переработке шин; температурный режим разложения шин в изобретении понижается на 100-400°по отношению к высокотемпературным способам. Также увеличивается экологичность процесса, так как продукты разложения не выделяются в атмосферу; уменьшается трудоёмкость механического разрушения шин, так как в конце обработки шины становятся пластичными и легко отделяются от металла, не разрушая его. Отделяемая резина, за счет приобретённого обработкой вышеизложенным способом рабочего линейного растяжения, может быть использована в виде востребованного материала - резинобитумной гидроизоляции, более эффективной, чем современные битумные материалы. Кроме того, этот способ переработки при данных температурах даёт значительное преимущество, выражающееся в снижении себестоимости утилизации шин; а резина, и металл идут в дальнейшую переработку.

Изобретение относится к области утилизации изношенных автомобильных шин и отходов резинотехнических изделий. Предлагается способ, при котором шины проходят в экстракторе термическую обработку нефтепродуктом. Причем в экстрактор в виде автоклава загружают автомобильные шины, заливают подготовленным нефтепродуктом в виде битума, разведённого в растворителе, содержащем 60-80% циклических углеводородов, при 60°С. Далее повышают температуру до 140-180°С при давлении до 3 атм и воздействии ультразвуком частотой 20-60 кГц. При этом используют нефтепродукт в количестве 35-45 мас.% и растворитель в количестве 65-55 мас.%. Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении энергетической и экономической эффективности, производительности и качества получаемого продукта. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ утилизации изношенных автомобильных шин, при котором шины проходят в экстракторе термическую обработку нефтепродуктом, отличающийся тем, что в экстрактор в виде автоклава загружают автомобильные шины, заливают подготовленным нефтепродуктом в виде битума, разведённого в растворителе, содержащем 60-80% циклических углеводородов, при 60°С, далее повышают температуру до 140-180°С при давлении до 3 атм и воздействии ультразвуком частотой 20-60 кГц, при этом нефтепродукт и растворитель используют при следующем соотношении компонентов, мас.%:

битум 35-45 растворитель, содержащий 60-80% циклических углеводородов 65-55

2. Способ утилизации по п. 1, отличающийся тем, что нефтепродукт готовят до заливки в автоклав в реакторе с якорной мешалкой при 60°С до полного растворения.

3. Способ утилизации по п. 1, отличающийся тем, что в качестве растворителя используют каменноугольный ксилол.

4. Способ утилизации по п. 1, отличающийся тем, что часть растворителя составляет керосин в пропорции 10-20%.