Устройство рециклинга полимерной составляющей гетерогенных армированных отходов Российский патент 2025 года по МПК C10B53/07 C10B5/02 

Изобретение относится к рециклингу без предварительной сортировки термической деструкцией гетерогенных полимерных армированных отходов. Предлагаемое решение преобразует полимерную составляющую отходов, включая полимерную арматуру, уплотнения и шины, изделия, содержащие армированный полиэтилен, полистирол, полиэфиры (ПЭТФ, ПЭТ, ПЭТГ, лавсан) и т.п., в товарные продукты. Углеводородные и углеродные товарные продукты используются непосредственно либо как сырье. Товарные продукты в виде тепла и электроэнергии используются как в технологическом процессе, так и могут реализоваться потребителям.

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 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.

Известно устройство для переработки гетерогенных армированных полимерных отходов (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.

Ближайшим по технической сущности и принятым за прототип является устройство для переработки полимерной составляющей армированных полимерных отходов (патент на изобретение №2804899 RU. МПК С10В 53/07, СПК С10В 53/07, приоритет от 09.02.2022 г.), содержащее энергоблок, блок конденсации и сепарации, сообщенные соответственно с блоками сбора жидкого и газового продуктов, и вертикальный реактор, оснащенный 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, содержит в центре стержень с жалюзи, наклоненными внутрь секции, и соединенный с блоком возвратно-поступательного перемещения.

Недостатки известных устройств обусловлены тем, что объемная термодинамика полимерной составляющей отходов определяется преимущественно естественной конвекцией в реакторе. Поэтому процесс перехода полимерной составляющей в газовую фазу происходит преимущественно с их внешней поверхности и затруднен в их объеме.

В итоге доминанта естественной конвекции приводит к нестабильности процесса термической деструкции и образованию локальных зон вторичной полимеризации, то есть ее дестабилизации и вероятности образования «коксовой пробки», вплоть до остановки процесса.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является интенсификация и стабилизация процесса термической деструкции полимерной составляющей гетерогенных полимерных армированных несортированных отходов с целью стабилизации процессов формирования товарных продуктов и, соответственно, их физико-химических свойств.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство рециклинга полимерной составляющей гетерогенных армированных отходов, содержащее энергоблок, блок конденсации и сепарации, сообщенные соответственно с блоками сбора жидкого и газового продуктов, и вертикальный реактор, оснащенный 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, содержит в центре стержень с жалюзи, наклоненными внутрь секции, и соединенный с блоком возвратно-поступательного перемещения, содержащий вертикальный газоотвод, соединенный с входом блока конденсации и сепарации. Газоотвод расположен в стержне. Газоотвод содержит отверстия на боковых сторонах. Отверстия в газоотводе расположены между жалюзи стержня.

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

Предлагаемое устройство рециклинга полимерной составляющей гетерогенных армированных отходов содержит энергоблок 1, блок конденсации и сепарации 2, сообщенные соответственно с блоками сбора жидкого 3 и газового продуктов 4, и вертикальный реактор 5, оснащенный блоком нагрева реактора 6, второй вход которого соединен с блоком управления 7, оснащенным датчиками температуры 8 в реакторе и соединенным с блоком загрузки 9, и блоком вертикального возвратно-поступательного перемещения 10, выход же твердой фазы реактора соединен с регулируемым блоком выгрузки 11, а колосник 12 реактора образован вертикально расположенными секциями, стенки которых выполнены с жалюзи различной ширины по высоте, наклоненными внутрь секции, и с неравномерным шагом, содержит в центре стержень 13 с жалюзи, наклоненными внутрь секции, и соединенный с блоком возвратно-поступательного перемещения, содержащий вертикальный газоотвод, соединенный с входом блока конденсации и сепарации 2.

Газоотвод расположен в стержне 13.

Газоотвод содержит отверстия на боковых сторонах.

Отверстия в газоотводе 13 расположены между жалюзи стержня.

Штриховыми стрелками показаны направления движения газов.

Энергоблок 1 устройства соединен соответственно с блоками сбора жидкого и газового продуктов и обеспечивает электрическое питание устройства.

Энергоблок 1, блок конденсации и сепарации 2, блоки сбора жидкого 3 и газового продуктов 4, вертикальный реактор 5, блок нагрева реактора 6, блок управления 7, оснащенный датчиками температуры 8, блок загрузки 9, блок вертикального возвратно-поступательного перемещения 10, блок выгрузки 11, колосник 12 реактора могут быть выполнены в соответствии с патентом РФ на изобретение №2804899 RU и реализованы в установке ША-20 производимой по ТУ 3614-001-82445915-2007 от 01.11.2007 г. ООО «ЭкоТехЭнерго».

В центре колосника 12 стержень 13 может быть выполнен полым, например, в виде трубы с размещенными на ней жалюзи, наклоненными внутрь. На боковых сторонах стержня 13 (трубы) расположены отверстия между жалюзи. Стержень 13 соединен с блоком вертикального возвратно-поступательного перемещения 10, как предусмотрено патентом РФ на изобретение №2804899 RU.

Переработка гетерогенных армированных полимерных отходов базируется на их нагреве до перехода полимерной составляющей в газовую фазу с образованием наночастиц типа {C_nH_m} и последующей ее конденсацией, выделяющей жидкий и газовый товарные продукты. Часть выделенных продуктов преобразуется в тепловую и электрическую энергии, обеспечивающие, в том числе, процесс рециклинга. Деструкция полимерной составляющей сопровождается образованием твердой углеподобной фазы, формируемой остальными молекулами, в т.ч. сшитыми системами с металлическими и минеральными фрагментами.

Стабильность формирования и параметры наночастиц типа {C_nH_m} определяются интенсивностью и стабильностью термической деструкции полимерной составляющей. Поэтому доминанта естественной конвекции замещается направленной принудительной конвекцией. Это интенсифицирует и стабилизирует параметры наночастиц типа {C_nH_m} и, как следствие, процесс термической деструкции полимерной составляющей гетерогенных полимерных армированных несортированных отходов. Именно это приводит к стабилизации баланса и качественных характеристик производимых товарных продуктов.

Устройство работает следующим образом.

Гетерогенные армированные полимерные отходы без предварительной сортировки, например смесь фрагментов полимерной арматуры, уплотнения и шины, изделия, содержащие армированный полиэтилен, полистирол, полиэфиры (ПЭТФ, ПЭТ, ПЭТГ, лавсан) и т.п., посредством блока загрузки 9 подаются в колосник 12 реактора 5. Поступающие отходы без доступа окислителей нагреваются посредством направленной принудительной конвекции теплового потока от блока нагрева реактора 6.

Пуск устройства осуществляется за счет внешнего источника энергии. Например, как в известном устройстве (патент на изобретение №2804899 RU), для пуска используются жидкие углеводороды (из отдельной емкости), на которых изначально работают горелки (на схеме не показано). Отходы нагреваются до температуры деструкции полимерной составляющей в диапазоне до 700°С, генерирующей газовую фазу в виде термодинамически устойчивых наноразмерных частиц типа {C_nH_m}. По мере пуска устройства работа горелок ВНК переходит на газовые низкокалорийные углеводороды.

Тепловой поток от горелок типа ВНК поступает в вертикальный реактор 5 и через колосник 12 в перерабатываемые отходы. Проходя через отходы, тепловой поток осуществляет деструкцию их полимерной составляющей. Полимерная составляющая отходов переходит в газовую фазу в виде термодинамически устойчивых наноразмерных частиц типа {C_nH_m}.

Генерируемая при деструкции полимерной составляющей газовая фаза через отверстия в газоотводе стержня 13 поступает в блок конденсации и сепарации 2. В блоке конденсации и сепарации 2 газовая фаза разделяется на 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 1.

В процессе деструкции отходы посредством вертикального возвратно-поступательного перемещения блоком 10 стержня 13 с жалюзи перемещаются в колоснике 12. Управление перемещением стержня 13, а соответственно и отходов осуществляется посредством блока управления 7 (включая ручной режим). Регулирование скорости перемещения отходов блоком 7 позволяет стабилизировать процесс деструкции полимерной составляющей отходов.

Процесс термической деструкции отходов сопровождается формированием оставшимися молекулами, в т.ч. сшитыми системами, металлическими и минеральными фрагментами твердой углеподобной фазы. Выгрузка твердой фазы из реактора осуществляется регулируемым блоком выгрузки 11.

Таким образом, направленная принудительная конвекция теплового потока через отходы интенсифицирует и стабилизирует их деструкцию. Это стабилизирует параметры генерируемых наночастиц типа {C_nH_m} и приводит к стабилизации баланса и качественных характеристик производимых товарных продуктов.

Изобретение относится к рециклингу без предварительной сортировки термической деструкцией гетерогенных полимерных армированных отходов в товарные продукты, которые используются непосредственно либо как сырье. Устройство рециклинга полимерной составляющей гетерогенных армированных отходов содержит энергоблок, блок конденсации и сепарации, сообщенные соответственно с блоками сбора жидкого и газового продуктов, и вертикальный реактор, оснащенный 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 твердой фазы реактора соединен с регулируемым блоком выгрузки. Колосник реактора образован вертикально расположенными секциями, стенки которых выполнены с жалюзи различной ширины по высоте, наклоненными внутрь секции, и с неравномерным шагом, содержит в центре стержень с жалюзи, наклоненными внутрь секции, и соединенный с блоком возвратно-поступательного перемещения. Устройство включает вертикальный газоотвод, соединенный с входом блока конденсации и сепарации. Изобретение обеспечивает интенсификацию и стабилизацию процесса термической деструкции полимерной составляющей гетерогенных полимерных армированных несортированных отходов с целью стабилизации процессов формирования товарных продуктов и, соответственно, их физико-химических свойств. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство рециклинга полимерной составляющей гетерогенных армированных отходов, содержащее энергоблок, блок конденсации и сепарации, сообщенные соответственно с блоками сбора жидкого и газового продуктов, и вертикальный реактор, оснащенный 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, содержит в центре стержень с жалюзи, наклоненными внутрь секции, и соединенный с блоком возвратно-поступательного перемещения, отличающееся тем, что содержит вертикальный газоотвод, соединенный с входом блока конденсации и сепарации.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что газоотвод расположен в стержне.

3. Устройство по пп. 1, 2, отличающееся тем, что газоотвод содержит отверстия на боковых сторонах.

4. Устройство по пп. 2, 3, отличающееся тем, что отверстия газоотвода расположены между жалюзи стержня.