| Начало раздела Производственные, любительские Радиолюбительские Авиамодельные, ракетомодельные Полезные, занимательные | Хитрости мастеру Электроника Физика Технологии Изобретения | Тайны космоса Тайны Земли Тайны Океана Хитрости Карта раздела |   |
| Использование материалов сайта разрешается при условии ссылки (для сайтов - гиперссылки) | |||
Навигация: => | На главную/ Каталог патентов/ В раздел каталога/ Назад / |
|
ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2269415
СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ИЗНОШЕННЫХ ШИН И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Имя изобретателя: Антоненко Владимир Федорович (RU); Аникеев Валерьян Николаевич (RU)
Имя патентообладателя: Криворучко Евгений Петрович (RU); Комлик Сергей Михайлович (RU)
Адрес для переписки: 644029, г.Омск, а/я 251, С.Н. Филоненко
Дата начала действия патента: 2005.10.10
Изобретение относится к термической переработке углеводородного сырья, в частности к утилизации изношенных шин и других резино-технических изделий. В способе термической переработки изношенных шин 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. В способе используют тепловой агрегат. По меньшей мере, часть выходящих из реактора газообразных продуктов пиролиза с парами жидких углеводородов подают в генератор восстановительных газов и тепловой агрегат. По меньшей мере, часть выходящих из теплового агрегата дымовых газов подают в генератор восстановительных газов и реактор. Для осуществления способа предусмотрена установка для термической переработки изношенных шин, содержащая реактор, систему отвода образующихся в реакторе газов, подключенный к реактору генератор восстановительных газов, систему подачи в реактор измельченных шин и приемное устройство для твердого остатка пиролиза. Установка снабжена тепловым агрегатом со средством вывода дымовых газов, а система отвода образующихся в реакторе газов подключена к генератору восстановительных газов и тепловому агрегату. Средство вывода дымовых газов подключено к генератору восстановительных газов и реактору. Изобретение позволяет исключить из процесса подачу перегретого водяного пара, заменив его подачей дымовых газов, и вместо углеводородного газа использовать продукты пиролиза при получении восстановительного газа.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Группа изобретений относится к области термической переработки углеводородного сырья, в частности к утилизации шин и других резинотехнических изделий.
Известен способ переработки использованных шин вакуумным пиролизом при 490-510°С и абсолютном давлении менее 5 кПа с получением углеродной сажи с поглощением иода 0,13-0,15 кг/кг, масляным числом по ДБФ (80-100) 10-5 м 3/кг и числом красящей способности 55-63 (патент США 5087436, опубл. 11.02.92).
Известен способ термической переработки изношенных шин, включающий их загрузку в реактор, пиролиз материала с последующим разделением продуктов пиролиза и выгрузку твердого остатка. Пиролиз проводят при температуре до 1000°С в среде восстановительного газа (патент Великобритании 1481352, опубл. 27.07.77).
Общим недостатком вышеуказанных способов является сложное аппаратурное оформление процесса и большие энергетические затраты при осуществлении процесса.
Известен способ переработки горючих отходов типа изношенных шин или подобных резиновых отходов, содержащий загрузку в реактор шихты, которая, по крайней мере, частично состоит из кусков горючих отходов для того, чтобы пиролизовать и газифицировать последние, установление газового потока сквозь загруженную шихту путем подачи в реактор кислородсодержащего газифицирующего агента и выведения газообразных и жидких продуктов переработки из реактора, при этом максимальную температуру в реакторе поддерживают в пределах 800-1700°С (патент РФ №2062284, опубл. 20.06.1996).
Известен способ переработки изношенных шин, содержащий их термическое разложение при 400-600°С с образованием парогазовых продуктов и твердого углеродного остатка, охлаждение их до 40-50°С, разделение их на жидкие и парообразные фазы и твердый углеродный остаток, при этом охлаждение углеродного остатка ведут испарением пиролизной воды с добавлением в зону охлаждения газообразного аммиака (патент РФ №2142357, опубл. 10.12.99).
В патентах №2062284 и №2142357 переработку изношенных шин осуществляют в средах кислородсодержащего газообразного агента, подаваемого в слой перерабатываемого материала, т.е. в окислительной газовой среде, что увеличивает энергетические затраты на переработку материала.
Наиболее близким по технической сущности
является известный из патента РФ №2139187 (опубл.
10.10.1999) способ термической переработки
изношенных шин, по которому измельченные
шины загружают в реактор, пиролиз материала
осуществляют при температуре 550-800°С в среде
восстановительного газа при соотношении
восстановительного газа к материалу 0,20-0,45:1
с последующим разделением продуктов
пиролиза. Восстановительный газ получают
методом неполного сгорания углеводородов с
=0,4-0,085,
а при окончании пиролиза подают перегретый
пар при 250-300°С в количестве 0,03-0,12:1 к
загружаемому материалу.
Указанный способ осуществляют в установке, содержащей реактор, систему отвода образующихся в реакторе газов, подключенный к реактору генератор восстановительного газа, пароперегреватель, бункер для подачи в реактор измельченных шин и приемное устройство для твердых остатков термического разложения продуктов.
Недостатком данного изобретения являютсявысокие энергетические затраты за счет использования внешнего источника углеводородов для восстановительного газа и пара.
Задачей изобретения является устранение вышеуказанных недостатков и создание способа переработки изношенных шин и установки для его осуществления, позволяющих повысить эффективность переработки при снижении энергетических затрат и получении качественных продуктов, пригодных для вторичного использования
Поставленная задача решается тем, что в способе 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, новым является то, что используют тепловой агрегат, 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. Предпочтительно при этом проводить пиролиз при суммарном соотношении восстановительного газа к материалу 0,8-1,1:1.
Целесообразно часть дымовых газов в количестве к материалу 0,25-0,50:1 подавать непосредственно в реактор при температуре 120-180°С.
Поставленная задача решается и тем, что способ согласно изобретению осуществляют в установке термической переработки изношенных шин, содержащей реактор, систему отвода образующихся в реакторе газов, подключенный к реактору генератор восстановительных газов, систему подачи в реактор измельченных шин и приемное устройство для твердого остатка пиролиза. Новым является то, что установка снабжена тепловым агрегатом со средством вывода дымовых газов, а система отвода образующихся в реакторе газов подключена к генератору восстановительных газов и тепловому агрегату, при этом средство вывода дымовых газов подключено к генератору восстановительных газов и реактору.
Целесообразно дополнить установку системой выделения жидкотопливной фракции, установленной с возможностью подключения к системе отвода образующихся в реакторе газов.
Предпочтительно дополнить установку системой предварительного нагрева измельченных шин, связанную со средством вывода дымовых газов и средством отвода дымовых газов в атмосферу. Целесообразно снабдить установку средствами контроля температуры заданных зон реактора, а и снабдить ее управляемыми средствами заданного регулирования расхода газов.
Далее изобретение поясняется со ссылками на прилагаемый чертеж, на котором изображена установка согласно изобретению.
 | Установка для термической переработки изношенных шин и резинотехнических изделий содержит теплоизолированный герметичный реактор 1, связанный в верхней части шлюзовым питателем 2 с обогреваемым бункером 3 для измельченных шин; связанное с реактором 1 через шлюзовой питатель 4 в нижней части реактора приемное устройство 5 для твердого остатка пиролиза; связанный с реактором 1 генератор восстановительного газа 6; тепловой агрегат 7, выполненный в виде котла с горелочным устройством 8 и средством 9 отвода дымовых газов в атмосферу. Реактор 1 через выполненный в его верхней части канал отбора пиролизных газов 10 и последовательно включенными в газопровод регулятор расхода 11, средство для создания тяги 12 и регулятор расхода 13 связан с горелочным устройством 8 теплового агрегата 7, а через канал отбора пиролизных газов 10, регулятор расхода 11, средство для создания тяги 12 и регулятор расхода 14 с горелочным устройством генератора восстановительного газа 6 через его первый впускной элемент 15. Тепловой агрегат 7 своим каналом отбора дымовых газов 16 через включенные в газопровод средство для создания тяги 17, регулятор расхода 18, средство для создания тяги 19, регулятор расхода 20 и клапан 21 связан с генератором 6 посредством его второго впускного элемента 22, а через средство для создания тяги 17, клапан 18, средство для создания тяги 19, регулятор расхода 20 и клапан 23 с нижней частью реактора 1 посредством впускного канала 24. Канал отбора дымовых газов 16 связан со средством 9 отвода дымовых газов в атмосферу. Генератор восстановительного газа 6 выполнен таким образом, чтобы обеспечивалась возможность регулирования температуры подаваемых из него в реактор 1 газов до заданной величины. |
Для обеспечения устойчивости горения установка включает контур подачи атмосферного воздуха средством для создания тяги 25 через клапан 26 в горелочное средство генератора 6 посредством первого впускного элемента 15, а через клапан 27 в горелочное устройство 8 теплового агрегата 7.
Установка выполнена с устройством выделения жидкотопливной фракции, выполненным в виде конденсатора 28, подключаемого к каналу отбора пиролизных газов 10 через отсечной клапан 29 и регулятор расхода 11, а к резервуару для сбора жидкости 30 насосом 31.
Установка выполнена с контуром предварительного нагрева измельченных шин, находящихся в бункере 3, дымовыми газами, подаваемыми из канала отбора дымовых газов 16 теплового агрегата 7 средством для создания тяги 17 через клапан 32 и входной патрубок 33 размещенного в бункере 3 нагревательного средства 34 (змеевика), из которого они выводятся через патрубок 35 в средство отвода дымовых газов 9.
Устанавливаемые в линиях связи клапаны и регуляторы расхода являются регулируемыми и могут быть выполнены как с ручным управлением, так и/или с электроприводом, выдерживающим необходимые температуры газовых потоков.
В качестве средства для создания тяги могут быть использованы вентилятор, дымосос, компрессор, или эжектор.
Контроль и регулировку процесса ведут с использованием средств контроля температуры. Датчик температуры 36 предназначен для температурного контроля зоны реактора между впускным каналом 24 ввода дымовых газов и входным каналом генератора 6 в реактор 1. Контроль зоны пиролиза осуществляют датчиком 37, размещенным вблизи нижней части зоны пиролиза, и датчиком 38, размещенным вблизи верхней части зоны пиролиза.
Контроль выхода газообразных продуктов пиролиза осуществляют датчиком 39, установленным вблизи канала отбора пиролизных газов 10. Реактор снабжен и датчиком уровня 40.
Приемное устройство 5 для твердого остатка пиролиза связано с магнитным сепаратором 41 для разделения твердого остатка пиролиза на металлическую составляющую, выводимую (по стрелке А) и углеродный остаток, отправляемый на упаковку (по стрелке В).
Работа установки и процесс термического разложения изношенные шин осуществляют следующим образом.
Измельченные изношенные шины или использованные резинотехнические изделия подают в бункер 3. Перед первоначальным запуском установки нижнюю часть реактора 1 заполняют твердым углеродным материалом (неиспользованная сажа). Газами от вспомогательного резервного топлива прогревают находящиеся в бункере 3 измельченные шины и поднимают температуру в реакторе 1 подключением резервного топлива к горелочному устройству генератора 6 через первый впускной элемент 15. При достижении рабочей температуры (температуры пиролиза) резервное топливо отключают и начинают осуществлять непрерывный процесс пиролиза, подавая газы пиролиза в генератор 6.
Измельченные резиновые шины из бункера 3 через питатель 2 поступают в реактор 1. В нижнюю часть реактора подают восстановительный газ из генератора 6 при температуре 550-800°С в количестве 0,45-0,70:1.
Восстановительная газовая среда - это среда, имеющая в своем составе Н2 , СО, СН4 и не содержащая свободный кислород.
Пределы массового соотношения восстановительного газа к загружаемой крошке шин определены экспериментальным путем, исходя из площади поверхности обрабатываемого материала и скорости его переработки.
Водород и непредельные углеводороды, содержащиеся в восстановительном газе, при температуре свыше 500°С вступают в реакцию с углеводородными соединениями, содержащимися на поверхности резиновой крошки, образуя пары углеводородных соединений от С5 до C 14 и углеводородные газы от C1 до C5 . Эти пары в смеси с восстановительным газом с температурой 220-250°С выводят из верхней части реактора 1 и средством для создания тяги 12 подают на сжигание в горелочное устройство 8 теплового агрегата 7 и в генератор восстановительного газа 6 через его первый впускной элемент 15 в количестве 0,1-0,2 части газов пиролиза.
Часть углеводородных паров, выводимых из канала 10 при включении отсечного клапана 29, может быть направлена в конденсатор 28, из которого выделенную жидкость направляют в емкость 30. После конденсатора смесь газов и несконденсированных паров углеводородов направляют или на сжигание через регулятор расхода 13 в тепловой агрегат 7, или через регулятор расхода 14 в горелочное устройство генератора восстановительных газов через первый впускной элемент 15.
Дымовые газы средством для создания тяги 17 подают через клапан 21 в генератор восстановительных газов 6 через его второй впускной элемент 22 для создания необходимой температуры 550-800°С, а по окончанию пиролиза через клапан 23 в зону охлаждения и обработки твердого остатка в нижней части реактора 1. Общее количество подаваемых в реактор дымовых газов 0,25-0,50:1 к материалу.
Газы при температуре 120-180°С содержат водяные пары в количестве 8-10% и кислород 4-7%.
Водяные пары и кислород, нагреваясь за счет тепла твердых продуктов, вступают с оставшимися на их поверхности углеводородами по известным реакциям:
CnHm+O2=CO+H 2O+H2+CO2
Cn Hm+H2O=H2+CO+CO2
и образуют дополнительный объем восстановительного газа, который поступает в реакционную зону реактора 1. Суммарное количество восстановительного газа, поступающего из генератора 6 и из зоны охлаждения и обработки твердого остатка составляет к материалу 0,7-1,1:2.
После охлаждения дымовыми газами твердые продукты, содержащие углеродный остаток (сажа, металл, минеральные составляющие резиновых смесей), выводят через питатель 4 в охлаждаемое приемное устройство 5 для твердых продуктов и сепаратором 41 осуществляют разделение остатка на углеродный остаток и металл.
Производительность установки по выделению жидкости зависит от режима работы теплового агрегата и регулируется (например, увеличивается или уменьшается в зависимости от сезона).
Пример.
Предварительно нагретые в бункере 3
измельченные шины (5-30 мм) нагревают
восстановительным газом в соотношении газа
к материалу 0,5:1 при температуре 650°С,
полученным в генераторе 6 при
=0,7,
при сжигании 0,15 части продуктов пиролиза.
Время обработки 22 минуты. После окончания
пиролиза в нижнюю часть реактора подают
дымовые газы при температуре 140°С из
теплового агрегата 7 в соотношении 0,3 к
загружаемому материалу.
В результате пиролиза получают 68% газообразных и парообразных углеводородов и 32% твердого остатка от веса загружаемого материала. Выход жидкой фазы из газообразных и парообразных углеводородов составляет 59, 5%. Плотность жидкости d4 20, г/см 2 - 0,92, вязкость кинематическая, Cст - 5,5, температура вспышки в открытом тигле, °С - 94.
После разделения твердого остатка на углерод и металл, углерод имеет следующие показатели по ASTM: йодное число, мл/100 г - 112; внешняя поверхность, STAB - 110; светопропускание толуольного экстракта, % - 98; адсорбция ДБФ, мл/100 г - 93.
Результаты проведенных экспериментов сведены в таблице 1. Из таблицы следует, что при низких температурах пиролиза твердый углеродный остаток (сажа) имеет низкие физико-химические показатели и не пригоден для дальнейшего использования, либо требует дополнительной обработки. При высоких температурах пиролиза повышается выход газообразных углеводородов, а плотность жидкой фазы увеличивается, что свидетельствует о высоком содержании тяжелых углеводородов, и дальнейшая переработка (и применение) значительно усложняется.
Предложенный способ утилизации шин и резинотехнических изделий является экологически чистым и экономичным способом получения энергии и по сравнению с прототипом позволяет исключить из процесса подачу перегретого водяного пара, заменив его подачей дымовых газов, а и вместо углеводородного газа использовать продукты (газы) пиролиза при получении восстановительного газа, за исключением запуска установки.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. 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, отличающийся тем, что используют тепловой агрегат, 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.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пиролиз проводят при суммарном соотношении восстановительного газа к материалу 0,8-1,1:1.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что часть дымовых газов в количестве к материалу 0,25-0,50:1 подают в реактор при температуре 120-180°С.
4. Установка для термической переработки изношенных шин, содержащая реактор, систему отвода образующихся в реакторе газов, подключенный к реактору генератор восстановительных газов, систему подачи в реактор измельченных шин и приемное устройство для твердого остатка пиролиза, отличающаяся тем, что снабжена тепловым агрегатом со средством вывода дымовых газов, а система отвода образующихся в реакторе газов подключена к генератору восстановительных газов и тепловому агрегату, при этом средство вывода дымовых газов подключено к генератору восстановительных газов и реактору.
5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что дополнительно содержит систему выделения жидкотопливной фракции, смонтированную с возможностью подключения к системе отвода образующихся в реакторе газов.
6. Установка по п.4, отличающаяся тем, что дополнительно содержит систему предварительного нагрева измельченных шин в упомянутой системе подачи, связанную со средством вывода дымовых газов.
Версия для печати
Дата публикации 31.10.2006гг
Created/Updated: 25.05.2018