close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY8548

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 8548
(13) C1
(19)
(46) 2006.10.30
(12)
7
(51) B 29B 17/00,
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 08J 11/14,
F 23G 7/12
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ИЗНОШЕННЫХ ШИН
И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
(21) Номер заявки: a 20030334
(22) 2003.04.15
(43) 2004.12.30
(71) Заявители: Общество с ограниченной ответственностью НПО "Технопром" (RU); Дроздов Алексей
Владимирович (BY)
(72) Авторы: Дроздов Алексей Владимирович (BY); Ковалев Вадим Владимирович (RU); Могильнер Александр Симонович (BY); Калацкий
Николай Иванович (BY)
(73) Патентообладатели: Общество с ограниченной ответственностью НПО
"Технопром" (RU); Дроздов Алексей
Владимирович (BY)
(56) BY 862 C1, 1995.
BY 1018 A, 1995.
RU 2139187 C1, 1999.
SE 510408 C2, 1999.
BY 8548 C1 2006.10.30
(57)
1. Способ переработки изношенных шин, включающий их подготовку и подачу в вертикальный реактор через герметичную шлюзовую камеру загрузки, пиролиз в среде перегретого водяного пара, последующее отделение твердой фазы, разделение путем
конденсации жидкой и парогазообразной фаз со сжиганием последней для поддержания
процесса пиролиза, и удаление из реактора твердой и жидкой фаз, отличающийся тем,
что подготовку шин осуществляют путем их рассечения в поперечном кольцевом сечении
в радиальном направлении, шины в процессе пиролиза перемещают в реакторе сверху
вниз и разгибают в ленту при удалении из реактора, пиролиз проводят при отрицательном
Фиг. 1
BY 8548 C1 2006.10.30
давлении в реакторе в интервале 0,01 - 0,1 атм в режиме непрерывной подачи шин и удаления твердой фазы, указанное удаление производят через герметичную шлюзовую камеру выгрузки, обе шлюзовые камеры заполняют водой с возможностью образования
водяного затвора, парогазообразную фазу до ее конденсации подвергают каталитическому
крекингу, а жидкую фазу в количестве 25-30 % от полученного количества сжигают в реакторе для поддержания процесса пиролиза.
2. Устройство для переработки изношенных шин, содержащее вертикальный реактор
для их пиролиза в среде перегретого водяного пара, герметичную шлюзовую камеру загрузки шин в реактор, средство удаления твердой и жидкой фаз из реактора, функционально связанные с реактором конденсатор парогазовой фазы, соединенный с крышкой
накопительной емкости-отстойника жидкой фазы с краном и расходомером, а также средство подачи несконденсированной парогазообразной фазы на сжигание для поддержания
процесса пиролиза, отличающееся тем, что содержит средство для создания отрицательного давления в реакторе, патрон для каталитического крекинга парогазовой фазы до ее
конденсации, а также печь с горелками, связанными с емкостью-отстойником, средство
удаления твердой фазы из реактора выполнено в виде герметичной шлюзовой камеры выгрузки с транспортером выгрузки, обе шлюзовые камеры выполнены с водяными затворами, шлюзовая камера загрузки выполнена с транспортером загрузки, оборудованным на
входе и выходе водяного затвора прижимными вальцами, а корпус печи, в основании которого установлен кольцевой инфракрасный излучатель из жаропрочной стали, выполнен
в виде конической направляющей с углом конуса, обеспечивающим возможность нанизывания предварительно рассеченных в поперечном кольцевом сечении в радиальном направлении шин на его вершину с транспортера загрузки, а также плавного их
перемещения в процессе пиролиза сверху вниз и разгибания в ленту при удалении из реактора.
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что корпус печи выполнен полым и снабжен вертикальной перегородкой с возможностью образования дымохода, функционально
связанного с кольцевым зазором между наружной поверхностью реактора и его внешней
теплоизоляционной стенкой, в котором дополнительно смонтирован спиральный дымоход.
4. Устройство по любому из пп. 2 или 3, отличающееся тем, что горелки печи связаны с емкостью-отстойником через промежуточный бак, а днище емкости-отстойника посредством трубопровода отвода воды соединено с водным затвором шлюзовой камеры
выгрузки.
5. Устройство по любому из пп. 2 – 4, отличающееся тем, что средства подачи парогазообразной фазы на сжигание и создания отрицательного давления в реакторе выполнены в виде вытяжного вентилятора.
6. Устройство по любому из пп. 3 – 5, отличающееся тем, что загрузочный транспортер выполнен цепным и оборудован крюками захвата шин, а разгрузочный транспортер
выполнен ленточным и оборудован магнитным сепаратором.
Изобретение относится к области экологии и связано с утилизацией продуктов техногенной деятельности человека, в частности к технологии переработки промышленных и
бытовых отходов резины, и может быть использовано в топливно-энергетическом комплексе, в резиновой промышленности, а также на предприятиях по переработке автомобильных шин.
Известен ряд технических решений для переработки резиновых отходов, в том числе
изношенных шин (1, 2, 3). Так согласно способу (2) для термической переработки изношенных шин их загружают в реактор, осуществляют пиролиз материала при температуре
550-800 °C в среде восстановительного газа при соотношении восстановительного газа к
2
BY 8548 C1 2006.10.30
материалу 0,20-0,45:1. Далее разделяют продукты пиролиза и выгружают твердый остаток. При окончании пиролиза подают перегретый пар при 250-300 °C в количестве
0,03-0,12:1 к загружаемому материалу. Восстановительный газ получают методом неполного сгорания углеводородов cα = 0,4-0,085. Способ позволяет получить сажу улучшенного качества для ее повторного использования в производстве резиновых смесей.
К недостаткам известного способа следует отнести цикличность работы реактора в
связи с периодичностью процесса загрузки сырья и выгрузки твердого остатка из реактора
и связанные с этим существенные энергетические потери.
Наиболее близко к предлагаемому изобретению средство для переработки резиновых
отходов методом пиролиза под избыточным давлением в среде перегретого водяного пара,
которое и взято за прототип (4). Способ включает предварительную подготовку и пиролиз
изношенных шин под избыточным давлением в среде перегретого водяного пара. Технологический процесс разложения включает периодическую загрузку резиновых отходов в
реактор и выгрузку из него твердой углеродистой фазы через шлюзовые камеры. Термическую деструкцию проводят при температуре 400-500 °C. Газы деструкции вместе с водяным паром конденсируют, а неконденсирующиеся газы направляют на сжигание в
топку парогенератора для поддержания процесса пиролиза.
Недостатком известного способа является цикличность процесса переработки резиновых отходов и, как следствие, низкая производительность и большие потери тепловой
энергии, неизбежные при периодической загрузке сырья в реактор и выгрузке из него
твердой фазы.
Устройство (4) содержит вертикальный реактор с верхней шлюзовой камерой с люком
(затвором) для загрузки шин и шнековый транспортер выгрузки твердой фазы. Посредством привода транспортер кинематически связан со шлюзовым люком нижней камерой
разгрузки. Реактор через трубопровод с краном и расходомером функционально связан с
парогенератором, а также с конденсатором и накопительной емкостью - отстойником
жидкой фазы. В реактор через шлюзовую камеру периодически загружают шины, закрывают люк-затвор. Одновременно от парогенератора через кран и расходомер подают перегретый водяной пар под избыточным давлением и осуществляют термолиз по заданному
режиму. Газообразные продукты пиролиза в смеси с водяным паром конденсируют в конденсаторе. Неконденсирующиеся газы через кран и расходомер направляют на сжигание в
топку парогенератора. Образующийся конденсат из конденсатора сливают в накопительную емкость - отстойник. После завершения процесса разложения твердую фазу (углеродистый остаток) шнековым транспортером через шлюзовый люк разгрузочной камеры
удаляют из реактора и направляют на измельчение. Далее реактор загружают новой партией шин и возобновляют цикл пиролиза.
Недостатками известных способа и устройства являются большие тепловые потери и
низкая производительность вследствие циклического характера процессов загрузки исходного сырья и выгрузки твердых продуктов переработки.
Задачей изобретения является устранение отмеченных недостатков известных способа
и устройства для переработки резиновых отходов.
Целью изобретения является повышение производительности и снижение энергоемкости процесса переработки изношенных шин.
Поставленная цель достигается тем, что в способе переработки изношенных шин,
включающем их подготовку и подачу в вертикальный реактор через герметичную шлюзовую камеру загрузки, пиролиз в среде перегретого водяного пара, последующее отделение
твердой фазы, разделение путем конденсации жидкой и парогазообразной фаз со сжиганием последней для поддержания процесса пиролиза и удаление из реактора твердой и
жидкой фаз, согласно изобретению, подготовку шин осуществляют путем их рассечения в
поперечном кольцевом сечении в радиальном направлении, шины в процессе пиролиза
перемещают в реакторе сверху вниз и разгибают в ленту при удалении из реактора, пиро3
BY 8548 C1 2006.10.30
лиз проводят при отрицательном давлении в реакторе в интервале 0,01-0,1 атм в режиме
непрерывной подачи шин и удаления твердой фазы, указанное удаление производят через
герметичную шлюзовую камеру выгрузки, обе шлюзовые камеры заполняют водой с возможностью образования водяного затвора, парогазообразную фазу до ее конденсации
подвергают каталитическому крекингу, а жидкую фазу в количестве 25-30 % от полученного количества сжигают в реакторе для поддержания процесса пиролиза.
Поставленная цель достигается также тем, что устройство для переработки изношенных
шин, включающее вертикальный реактор для их пиролиза в среде перегретого водяного пара, герметичную шлюзовую камеру загрузки шин в реактор, средство удаления твердой и
жидкой фаз из реактора, функционально связанные с реактором конденсатор парогазовой
фазы, соединенный с крышкой накопительной емкости-отстойника жидкой фазы с краном и
расходомером, а также средство подачи неконденсированной фазы на сжигание для поддержания процесса пиролиза, согласно изобретению, содержит средство создания отрицательного давления в реакторе, патрон для каталитического крекинга парогазовой фазы до ее
конденсации, а также печь с горелками, связанными с емкостью-отстойником, средство
удаления твердой фазы из реактора выполнено в виде герметичной шлюзовой камеры выгрузки с транспортером выгрузки, обе шлюзовые камеры выполнены с водяными затворами, шлюзовая камера загрузки выполнена с транспортером загрузки, оборудованным на
входе и выходе водяного затвора прижимными вальцами, а корпус печи, в основании которого установлен кольцевой инфракрасный излучатель из жаропрочной стали, выполнен в
виде конической направляющей с углом конуса, обеспечивающим возможность нанизывания предварительно рассеченных в поперечном кольцевом сечении в радиальном направлении шин на его вершину с транспортера загрузки, а также плавного их перемещения в
процессе пиролиза сверху вниз и разгибания в ленту при удалении из реактора.
Корпус печи выполнен полым и снабжен вертикальной перегородкой с возможностью
образования дымохода, функционально связанного с кольцевым зазором между наружной
поверхностью реактора и его внешней теплоизоляционной стенкой, в котором дополнительно смонтирован спиральный дымоход.
Горелки печи связаны с емкостью-отстойником через промежуточный бак, а днище
емкости-отстойника посредством трубопровода отвода воды соединено с водным затвором шлюзовой камеры выгрузки.
Средства подачи парогазовой фазы на сжигание и создания отрицательного давления в
реакторе выполнены в виде вытяжного вентилятора.
Загрузочный транспортер выполнен цепным и оборудован крюками захвата шин, а
разгрузочный транспортер выполнен ленточным и оборудован магнитным сепаратором.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена принципиальная схема
устройства для осуществления способа, на фиг. 2 - схема рассечения шин при их подготовке, а на фиг. 3 - вид шины по сечению Б-Б.
Устройство содержит участок 1 для подготовки шин 2, реактор 3 с теплоизоляционной
стенкой 4 и патроном каталитического крекинга 5, шлюзовые камеры загрузки 6 и разгрузки 7 с водяными затворами 8, цепной загрузочный транспортер 9 с крюками захвата
10 и прижимными вальцами 11, ленточный разгрузочный транспортер 12 с магнитным сепаратором 13 для отделения металлических включений 14 и бункер 15 складирования углеродистой фазы 16. Функционально с реактором 3 связан конденсатор 17 с вытяжным
вентилятором 18, емкость-отстойник 19 с кранами 20, 21 и промежуточным баком 22,
трубопроводом 23. Печь 24 реактора 3 с вертикальной перегородкой 25, дымоходом 26,
спиральным дымоходом 27, вытяжной трубой 28, кольцевым инфракрасным излучателем
29 и горелками 30.
Сущность способа и отличительные особенности устройства для его реализации заключаются в следующем.
4
BY 8548 C1 2006.10.30
Установлено, что термическое разложение резины и изношенных изделий из нее, например шин, в среде водяного пара является типичным диффузионным процессом, скорость которого ограничивается скоростью подвода теплоты и кинетикой диффузии
летучих компонентов деструкции. Поэтому инженерно-технологическое решение вопросов подвода и сокращения потерь тепла является ключевой задачей для достижения эффективных показателей технологического процесса переработки изношенных шин.
Разработанный способ и устройство позволяют вести процесс парового термолиза резины
в непрерывном режиме, исключив циклическую остановку реактора на период загрузки
исходного сырья и выгрузки твердых продуктов разложения из рабочей зоны. Непрерывность процесса деструкции достигается посредством отсечения рабочей зоны реактора от
внешней среды посредством водяных затворов в шлюзовых камерах загрузки и выгрузки,
что позволяет вести процесс термолиза в стационарном режиме, не останавливая реактор
разложения. При этом смачивание шин водой при прохождении водяного затвора камеры
загрузки благоприятно влияет на кинетику последующего разогрева отходов резины до
температуры разложения (280-500 °C). Рабочую температуру в зоне разложения реактора
после выхода на режим поддерживают за счет собственного источника энергии - сжигания
газовых и части жидких продуктов разложения отходов. При этом жидкую фазу деструкции резины для целей энергообеспечения процесса разложения используют в количестве
25-30 % от полученного объема, а газовую составляющую продуктов разложения полностью сжигают в печи реактора. Таким образом достигается высокая экологическая безопасность и экономичность процесса утилизации резиновых отходов.
Существенно, что паровой термолиз ведут при отрицательном давлении в рабочей зоне реактора (0,01-0,1 атм), последнее обеспечивает эффективное парообразование при более низкой температуре в реакторе за счет сдвига точки равновесного влагосодержания и
повышает безопасность и экономичность процесса разложения шин.
В процессе деструкции резины вместе с летучей парогазовой фазой выделяется мелкодисперсная сажа, улавливаемая посредством сменного цеолитового патрона, которым
дополнительно оборудован реактор. При этом патрон пропитан солями металлов с переменной валентностью (Ni, Co, Cr, Cu и т.п. ), что обеспечивает каталитический крекинг
органической составляющей парогазовой фазы и повышает экологическую безопасность
процесса утилизации изношенных шин.
Эффективный отбор и возврат тепла в реактор от отходящих дымовых газов достигается также благодаря спиральной конструкции дымохода, что в сочетании с конической
формой направляющей печи реактора обеспечивает равномерный всесторонний подвод
тепла к шинам и не требует их предварительного измельчения. Такое конструктивное выполнение реактора существенно снижает энергетические затраты на предварительную
подготовку шин и экономит энергоресурсы за счет рекуперации тепла.
Важным фактором экономичной работы устройства является оптимизация условий
подвода тепла к шинам и эффективное использование реакционного объема реактора, что
достигается путем упорядоченной плотной укладки загружаемых шин путем нанизывания
их на коническую направляющую печи. Обод шин перед загрузкой в реактор предварительно рассекают, тем самым обеспечивают их непрерывное плавное перемещение в рабочей зоне реактора сверху вниз под собственным весом за счет постепенного раскрытия
шины по разрезу и разгибания кольца в ленту в нижнем основании конуса с последующим
удалением твердого остатка из реактора.
Применение водяного затвора в шлюзовой камере выгрузки твердого углеродистого
остатка, помимо герметизации рабочей зоны реактора, исключает загрязнение рабочей
атмосферы цеха частицами мелкодисперсной сажи, которая улавливается водой в шлюзовой камере. Такое конструктивное решение устройства для реализации способа улучшает
гигиену труда и повышает экологическую безопасность ведения процесса.
Изобретение осуществляется следующим образом.
5
BY 8548 C1 2006.10.30
На подготовительном участке 1 шины 2 сортируют по типоразмерам и рассекают по
схеме, как показано на фиг. 2. Далее шины 2 захватывают погрузчиком (на чертеже не показано) и, ориентируя сечением разреза "С" "вверх", подают в шлюзовую камеру загрузки
6, где вальцами 11, на входе в водяной затвор 8, выдавливают воздух из полости (31) шины 2 и укладывают на цепной транспортер 9. Затем их крюками захвата 10 подают в реактор 3, при этом на выходе из водяного затвора 8, шины 2 пропускают через вальцы 11 и
выдавливают из полости (31) воду через сечение "С", которое теперь сориентировано
"вниз". В верхней части рабочей зоны реактора 3, шины 2 нанизывают на коническую направляющую корпуса печи 24. В результате соответствующего выбора угла конической
направляющей печи 24 и размягчения резины под действием высокой температуры шины
2 деформируются, раскрываются по сечению "С" и под действием собственного веса постепенно продвигаются по рабочей зоне реактора 3 сверху вниз. Высота реактора 3 и скорость продвижения шин 2 в нем выбраны из расчета времени, достаточного для полного
разложения резины, которое в среднем составляет 2,5-3 ч. В основании конической направляющей печи 24, в зоне инфракрасного излучателя 29, нагреваемого горелками 30,
шины 2 уже в виде углеродистой фазы 16 (твердого остатка с включением металла) полностью распрямляются в ленту и поступают в шлюзовую камеру разгрузки 7. Далее углеродистая фаза 16 через водяной затвор 8 попадает на ленточный транспортер 12, по
которому ее подают к магнитному сепаратору 13, где освобождают от металлических
включений 14, и затем складируют в бункере 15. В процессе деструкции шин 2 в среде водяного пара выделяется парогазовая фаза, которую под действием разряжения (отрицательного давления в интервале 0,01-0,1 атм), создаваемого вытяжным вентилятором 18,
удаляют из реактора 3 через патрон каталитического крекинга и направляют в конденсатор 17. При этом парогазовую фазу очищают от мелкодисперсной сажи, которая задерживается патроном, а также проводят каталитический крекинг содержащейся в ней органики.
Сконденсированная жидкая фаза из конденсатора 17 поступает в емкость-отстойник 19,
где жидкие углеводороды отделяют от воды. По трубопроводу 23 через кран 20 воду сливают в водяной затвор 8 шлюзовой камеры разгрузки 7. Часть углеводородной составляющей жидкой фазы (в количестве 25-30 %) из емкости-отстойника 19 направляют в
промежуточную емкость 22 и далее на сжигание в горелки 30 печи 24. Остальные 70-75 %
жидкой фазы, как готовое топливо из емкости-отстойника 19 направляют на слив (по
стрелке "А") в хранилище (на чертеже не показано). Неконденсируемую газовую фазу из
конденсатора 17 вытяжным вентилятором 18 направляют в горелки 30 для сжигания в печи 24 и поддержания процесса пиролиза в реакторе 3. Продукты сгорания по дымоходу 26
печи 24 и спиральному дымоходу 27, между теплоизоляционной стенкой 4 и внешней поверхностью реактора 3, удаляют через дымовую трубу 28 в атмосферу.
Процесс деструкции изношенных шин характеризуется следующими параметрами.
Масса, кг/ч:
твердая углеродистая фаза
900
газообразные продукты
600
металлокорд (5 % от веса)
75
Температура, 0С
парогазовая смесь
(350 - 450)
теплопроводность пара, Вт/(м⋅К)
67,3⋅10-3.
Полученные продукты переработки изношенных шин усреднено имеют следующие
параметры (таблица).
6
BY 8548 C1 2006.10.30
.
Наименование
1. Твердая фаза:
Плотность, кг/м3
Зольность, %
Содержание серы, %
Теплота сгорания, кДж/кг (ккал/кг)
2. Жидкая фаза:
Плотность при 20°C, кг/м3
Зольность, %
Массовая доля серы, %
Температура вспышки, С
Теплота сгорания низшая,
кДж/кг (ккал/кг)
Параметр
1780
5,2
0,31
35970 (8600)
920
отсутствует
0,83
51 (в закрытом тигле); 96 (в открытом тигле)
41500 (9875)
По своим характеристикам жидкая фаза соответствует мазуту марки М-40, твердая углеродистая фаза представляет собой аналог углеродного адсорбента, а металлические
включения - легированный стальной лом.
Реализация способа в непрерывном режиме, в отличие от прототипа, позволяет в 2-3
раза повысить производительность процесса переработки изношенных шин, снизить на
25-30 % удельные энергозатраты.
Предлагаемый способ опробован в лабораторных условиях, и в настоящее время
опытная установка готовится заявителем для опытно-промышленных испытаний.
Источники информации:
1. RU 2139187 C1, 1999.
2. SE 510408 С2, 1999.
3. BY 1018 А, 1995.
4. BY 862 С1, 1995 (прототип).
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
7
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
5
Размер файла
266 Кб
Теги
by8548, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа