close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY11590

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2009.02.28
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 11590
(13) C1
(19)
C 08J 11/00
C 10B 53/07
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ИЗНОШЕННЫХ ШИН
(21) Номер заявки: a 20070145
(22) 2007.02.12
(43) 2008.10.30
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Институт тепло- и
массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Журавский Геннадий Иванович (BY); Жданок Виталий Александрович (BY); Учанин Юрий Игоревич (RU); Лихарев Олег Валентинович (RU)
(73) Патентообладатель: Государственное научное учреждение "Институт тепло- и
массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) US 5780518 A, 1998.
Журавский Г.И. и др. Инженерно-физический журнал. - 2005. - Т.78. - № 4. C. 58-62.
RU 2174911 C1, 2001.
RU 2076501 C1, 1997.
SU 1201294 A, 1985.
SU 747868, 1980.
WO 2004/076595 A1.
BY 1018 A, 1995.
US 4250158, 1981.
US 4123332, 1978.
BY 11590 C1 2009.02.28
(57)
Способ переработки изношенных шин, включающий их пиролиз в реакторе в среде
теплоносителя, отделение твердой фазы и ее измельчение, разделение жидкой и газообразной фаз путем конденсации, сжигание газообразной фазы для нагрева теплоносителя и
BY 11590 C1 2009.02.28
смешивание твердой и жидкой фаз в смесителе, отличающийся тем, что газообразные
продукты пиролиза шин используют в смеси с водяным паром при их массовом соотношении (1,0-5,0):1 в качестве теплоносителя, твердую фазу предварительно измельчают до
частиц размером 1-3 мм, а затем пропускают через электромагнитный сепаратор и центробежную мельницу, из жидкой фазы удаляют часть воды таким образом, чтобы остаточное содержание воды в жидкой фазе составляло 5-18 мас. %, после чего смешивают
твердую и жидкую фазы при их массовом соотношении 1:(0,75-1,50) и подвергают полученную смесь механической активации с помощью насоса-диспергатора путем циркуляционной прокачки через смеситель в течение 600-3600 секунд.
Изобретение относится к технологии переработки отходов и может быть использовано
в химической и резинотехнической промышленности, для получения из отходов нефтехимического сырья, ингредиентов резиновых смесей, а также может быть применено в энергетике для получения топлив и их компонентов.
Известен способ получения сажи [а.с. СССР 747868, 1980]. Указанный способ включает пиролиз твердого углеродсодержащего сырья отходов полимерных композиций при
400-1500 °С с образованием твердого углеродного остатка и выделением парогазовых
продуктов и последующее измельчение углеродного остатка в потоке парогазовых продуктов при 350-400 °С, пиролиз отходов ведут парогазовой смесью, в качестве которой
используют парогазовую смесь, содержащую, об. %:
перегретый водяной пар
35-50
двуокись углерода
5-10
окись углерода
1-3
кислород
0,1-2,0
азот
остальное.
Парогазовые продукты пиролиза отходов подвергают термическому разложению при
1400-1500 °С.
К недостаткам данного способа следует отнести.
1. Большой удельный (на 1 кг перерабатываемых отходов) расход энергии, что обусловлено высокой температурой пиролиза (до 1500 °С), а также большими при такой температуре тепловыми потерями в окружающую среду.
2. Большие количества вредных веществ, образующихся при термическом разложении
парогазовых продуктов. Необходимость использования сложных систем очистки от вредных соединений газообразных продуктов, что в итоге приводит к росту энергетических
затрат на процесс переработки.
3. Необходимость применения жаропрочных и коррозионностойких материалов для
изготовления оборудования, что существенно удорожает получаемые по данному способу
целевые продукты.
Известен способ и устройство переработки изношенных шин [патент США 5720232,
1998].
Согласно указанному способу, изношенные шины подают из системы загрузки в бункер и с помощью шнекового транспортера подают в камеру пиролиза. Куски шин перемещают с помощью шнека через камеру пиролиза и нагревают до температуры 359-650 F
(181.7-343.3 °С). Камера пиролиза включает паровую систему для удаления пара и создания вакуума. Пар прокачивают через теплообменник и подают в сепаратор, в котором
часть пара конденсируют, а неконденсирующийся пар используют в качестве топлива.
Твердый остаток пиролиза шин с помощью закрытого транспортера подают в закрытый
бункер, который используют в качестве шлюзового затвора для предотвращения попадания воздуха в реактор.
Недостатками данного способа являются:
2
BY 11590 C1 2009.02.28
1. Большой удельный расход энергии, обусловленный необходимостью создания и
поддержания вакуума в камере пиролиза.
2. Низкая эффективность процессов переноса тепла в камере пиролиза из-за наличия
вакуума (разреженной газовой среды), что приводит к росту времени пиролиза кусков
шин и повышенному расходу энергии.
3. Высокая степень взрывоопасности из-за наличия вакуума в камере пиролиза и возможности попадания в камеру воздуха из окружающей среды, что в итоге может привести
к взрыву и выбросу вредных веществ в окружающую среду, а также большие выбросы
вредных веществ в окружающую среду.
Известен способ переработки резиновых отходов [патент РФ 2076501, 1997].
Согласно указанному способу для термического разложения отходов используют парогазовую смесь, состоящую из 98-85 мас. % перегретого до Т = 300-1600 °С водяного пара и 2-15 мас. % полученных после выделения масла газообразных продуктов, кроме того,
предварительно перед термическим разложением резиновые отходы смешивают с 340 мас. % масла, кроме того, отходы смешивают с маслом путем пропускания газообразных продуктов разложения через слой отходов при их массовом соотношении (0,051,62):1, а твердые продукты разложения смешивают с 4-40 объемными % масла и прессуют в брикеты при одновременном нагревании до Т = 100-500 °С путем фильтрации газа,
полученного после выделения масла из газообразных продуктов разложения отходов.
К недостаткам данного способа следует отнести.
1. Большой удельный расход водяного пара, высокая температура процесса (до
1600 °С) и, как следствие, высокий расход энергии на переработку отходов.
2. Большие выбросы в атмосферу продуктов сгорания топлива, расходуемого на производство большого количества водяного пара и перегрев его до высокой температуры.
3. Низкое качество получаемых топливных брикетов из-за наличия непредельных соединений в масле, которое используется для приготовления брикетов.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является принятый нами за прототип
способ переработки резиновых отходов [Patent United States Number 5,780,518, 1998,
МПК C 08J 11/14, U.S. C1.521/45:521/41]. Согласно данному способу, включающему пиролиз отходов в среде теплоносителя, отделение твердой фазы, разделение жидкой и газообразной фаз путем конденсации и отвод газообразной фазы на сжигание для
поддержания процесса пиролиза, в качестве теплоносителя используют перегретый водяной пар в количестве 18-110 % от массы отходов, твердую фазу после отделения измельчают до размеров частиц 0,001-0,210 мм, а жидкую фазу отделяют вместе с паром и
смешивают с 23,0-55,8 мас. % измельченной твердой фазы с получением жидкого топлива.
Недостатками данного способа являются.
1. Высокие затраты энергии на переработку, что обусловлено большим (до 110 % от
массы отходов) расходом водяного пара и необходимостью длительного в времени перемешивания жидкой и твердой фаз для получения однородной смеси.
2. Большие выбросы вредных веществ в окружающую среду при сжигании газообразной фазы пиролиза резиновых отходов.
3. Низкое качество получаемого топлива из-за наличия в нем большого количества воды
(низкая теплота сгорания, высокая температура замерзания, большие количества образующегося водяного пара при сжигании такого топлива, что приводит к необходимости выбрасывать продукты сгорания в окружающую среду при более высокой чем для обычных
топлив, температуре во избежание конденсации водяного пара прямо в дымовой трубе).
Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение энергетических затрат на
переработку изношенных шин, снижение вредных выбросов в окружающую среду и повышение качества продуктов переработки отходов.
3
BY 11590 C1 2009.02.28
Поставленная задача решается тем, что в способе переработки изношенных шин, включающем их пиролиз в реакторе в среде теплоносителя, отделение твердой фазы и ее измельчение, разделение жидкой и газообразной фаз путем конденсации, сжигание газообразной
фазы для нагрева теплоносителя и смешивание твердой и жидкой фаз в смесителе, согласно
изобретению, газообразные продукты пиролиза шин используют в смеси с водяным паром
при их массовом соотношении (1,0-5,0):1 в качестве теплоносителя, твердую фазу предварительно измельчают до частиц размером 1-3 мм, а затем пропускают через электромагнитный сепаратор и центробежную мельницу, из жидкой фазы удаляют часть воды таким
образом, чтобы остаточное содержание воды в жидкой фазе составляло 5-18 мас. %, после
чего смешивают твердую и жидкую фазы при их массовом соотношении 1:(0,75-1,50) и
подвергают полученную смесь механической активации с помощью насоса - диспергатора
путем циркуляционной прокачки через смеситель в течение 600-3600 с.
На фигуре приведен общий вид устройства, на котором реализуют способ переработки
резиновых отходов.
Устройство содержит накопитель 1, подключенный к транспортеру 2; бункер загрузки
3 с затвором 4; контейнер 5; привод 6, подключенный к шлюзовому затвору 7; транспортер 8; камеру загрузки 9, соединенную с реактором 10; патрубок 11 подачи парогазовой
смеси в камеру 12 с беспровальной решеткой; газоход 13 подачи парогазовой смеси в реактор; поворотную платформу 14; бункер загрузки 15 с затвором 16; контейнер 17; парогенератор 18 с краном-расходомером 19; нагреватель газа 20, подключенный к
вентилятору 21; газоход 22 вывода парогазовой смеси из реактора; кран - расходомер 23,
подключенный к теплообменнику 24; вентилятор 25, подключенный к рубашке 26 теплообменника 24; кран 27, подключенный к печи 28; газовый анализатор 29; емкость 30; дымосос 31 подключенный к дымовой трубе 32; датчика температуры 33; датчик давления
34; датчика температуры 35; кран 36, подключенный к сепаратору 37; кран 38, подключенный к фильтру 39; краны 40 и 41; накопительную емкость 42; затвор 43; транспортер
44; камеру загрузки 45; кран - расходомер 46, соединенный с насосом 47 и форсунками 48;
клапан 49; датчик температуры 50; поворотный механизма 51; ленточный транспортер 52
с двигателем 53; валковую мельницу 54; магнитный сепаратор 55; пресс 56; центробежную мельницу 57; бункер-накопитель 58; дозатор 59, подключенный к смесителю 60; весовой дозатор 61; мешалку 62; насос-диспергатор 63; кран 64; форсунки 65; датчик
температуры 66; поворотный механизм 67; ленточный транспортер 68 с двигателем 69;
клапан 70; дымовой патрубок парогенератора 71; камеру 72 с беспровальной решеткой;
патрубок 73 подачи парогазовой смеси в камеру 72 с беспровальной решеткой.
Способ переработки резиновых отходов осуществляют следующим образом.
Из накопителя 1 с помощью транспортера 2 в бункер загрузки 3 подают порцию измельченных резиновых отходов (изношенные шины). После этого открывают затвор 4 и
отходы под действием собственного веса проваливаются в контейнер 5. Затем затвор 4 закрывают, в бункер загрузки 3 опять подают следующую порцию отходов, после чего открывают затвор 3 и отходы проваливаются в контейнер 5. Операцию загрузки повторяют
столько раз, чтобы в результате полностью загрузить контейнер 5. Порционная загрузка
позволяет равномерно по объему загрузить отходы в контейнер 5. С помощью привода 6
открывают шлюзовой затвор 7 и, включив транспортер 8, контейнер 5 из камеры загрузки
9 подают в реактор 10, после чего затвор 7 закрывают. При этом контейнер 5 в реакторе
10 устанавливают таким образом, что патрубок 11 подачи парогазовой смеси в камеру 12 с
беспровальной решеткой соединяется (стыкуется) с газоходом 13 подачи парогазовой смеси в реактор 10. Транспортер 2 с помощью поворотной платформы 14 поворачивают от
бункера загрузки 3 к бункеру загрузки 15. После этого из накопителя 1 с помощью транспортера 2 в бункер загрузки 15 подают измельченные резиновые отходы в количестве
100 кг, открывают затвор 16 и отходы под действием собственного веса проваливаются в
контейнер 17. Таким образом контейнер 17 полностью загружают отходами.
4
BY 11590 C1 2009.02.28
От парогенератора 18 через кран-расходомер 19 с заданным расходом в нагреватель
газа 20 подают водяной пар при температуре 110-120 °С.
Одновременно с подачей пара в нагреватель газа 20 включают вентилятор 21 и осуществляют циркуляцию водяного пара по контуру: нагреватель газа 20 - камера с беспровальной решеткой 12 - слой отходов в контейнере 5 - газоход 22 вывода парогазовой
смеси из реактора 10 - вентилятор 21 - нагреватель газа 20. В процессе циркуляции водяного пара открывают кран - расходомер 23 и частично водяной пар отводят в теплообменник 24 и конденсируют пар путем охлаждения воздухом, который с помощью вентилятора
25 прокачивают через рубашку 26 теплообменника 24. Водяной пар проходя через слой
отходов в реакторе вытесняет воздух, который с потоком пара отводят в теплообменник
24. Так как воздух не конденсируется в теплообменнике 24, то его (воздух) через кран 27
подают в печь 28. Отвод водяного пара в теплообменник 24 осуществляют до тех пор пока
концентрация воздуха в реакторе 10 не снизится до заданного содержания. После достижения заданного содержания воздуха в парогазовой смеси отвод этой смеси в теплообменник 24 прекращают путем закрытия крана 23. Содержание воздуха в реакторе
контролируют по показаниям газового анализатора 29. Удаление воздуха из реактора необходимо, чтобы предотвратить окисление (горение) продуктов разложения отходов в реакторе 10. Одновременно с выводом из теплообменника 24 воздуха из емкости 30 в печь
28 подают жидкое топливо и сжигают его. Образующиеся продукты сгорания поступают в
кожух нагревателя газа 20 и затем с помощью дымососа 31 из кожуха нагревателя газа 20
продукты сгорания выводят в дымовую трубу 32. Проходя через кожух нагревателя газа
20 высокотемпературные (Т = 1000 °С и более) продукты сгорания топлива в печи 28 нагревают протекающий по трубам нагревателя водяной пар, а сами охлаждаются и при
температуре 150-200 °С выводятся в дымовую трубу 32.
При достижении определенной температуры (зависит от вида отходов), что контролируют по показаниям датчика температуры 33, начинает протекать процесс термического
разложения резиновых отходов с образованием твердых и газообразных продуктов, которые смешиваются с циркулирующей парогазовой смесью.
Количество продуктов пиролиза шин в парогазовой смеси контролируют по показаниям газового анализатора 29 и устанавливают массовое соотношение продукты пиролиза водяной пар в пределах (1,0-5,0):1, после чего открывают кран-расходомер 23 и часть парогазовой смеси (водяной пар и газообразные продукты разложения резиновых отходов)
выводят в теплообменник 24, в котором продукты охлаждают до температуры 100 °С.
Температуру охлаждения контролируют по показаниям датчика температуры 35. Давление в реакторе 10 контролируют по показаниям датчика давления 34 и манипулируя краном-расходомером 23 (регулируют величину открытия) устанавливают давление в
реакторе 10 выше атмосферного, чтобы предотвратить подсос из атмосферы воздуха в реактор 10. Отводимую из реактора 10 в теплообменник 24 парогазовую смесь охлаждают
путем теплообмена с прокачиваемым через рубашку 26 теплообменника воздухом.
Использование в качестве теплоносителя парогазовой смеси позволяет снизить расход
теплоносителя, так как парогазовая смесь имеет более высокую (в 1,5-2) раза удельную
теплоемкость в сравнении с чистым водяным паром, в результате чего 1 кг такой смеси
при прочих равных условиях (одинаковая температура и давление) может переносить в
1,5-2 раза больше тепла, чем чистый водяной пар. Кроме того, при нагреве в теплообменнике до температуры 500-700 °С газообразных продуктов пиролиза шин, которые содержаться в теплоносителе, происходит их дальнейшее термическое разложение с
образованием продуктов более низкой молекулярной массы и таким образом увеличивается выход жидкой фазы с более высокими качествами (увеличивается удельная теплота
сгорания и снижается содержание непредельных соединений). Снижение содержания газообразных продуктов разложения в парогазовой смеси менее чем 1:1 приводит к резкому
снижению удельной теплоемкости до величины, равной удельной теплоемкости чистого
5
BY 11590 C1 2009.02.28
водяного пара. При содержании газообразных продуктов разложения в парогазовой смеси
большем, чем 5,0:1 резко возрастает удельная плотность такой смеси (молекулярный вес
продуктов разложения шин более 200 кг/кмоль, а водяного пара - 18 кг/кмоль) и часть
продуктов будет отлагаться на стенках теплообменника с образованием твердого битумообразного слоя, что в результате приведет к снижению выхода продуктов разложения шин
и выходу из строя самого теплообменника.
В результате охлаждения парогазовой смеси образуется жидкая фаза, которую через
кран 36 подают в сепаратор 37. В сепараторе 37 отделяют воду от жидких продуктов разложения и подают ее через кран 38 в фильтр 39, где очищают от органических примесей и
затем через кран 40 очищенную воду подают в парогенератор для получения водяного пара. Это позволяет предотвратить образование загрязненных сточных вод и таким образом
снизить выбросы вредных веществ в окружающую среду. Жидкие продукты разложения
из сепаратора через кран 41 подают в накопительную емкость 42.
Воду отделяют частично таким образом, чтобы содержание остаточной воды в жидкой
фазе было в пределах 5-18 мас. %, что контролируют датчиком, установленным в сепараторе 37 и работающим, например, по принципу измерения удельной электропроводности
смеси проводящей жидкости (вода) и непроводящей (жидкие продукты пиролиза шин).
Добавление воды в смесь жидкая фаза твердая фаза позволяет получить топливо, при сжигании которого будет снижено образование токсичных продуктов горения - оксидов азота.
При механической активации смеси вода будет реагировать с углеродом твердой фазы по
известной реакции:
C + Н2О = CO + H2.
В результате этой реакции образуются газы CO и H2, которые затем будут реагировать
с жидкими продуктами разложения, что приведет к снижению количества непредельных
соединений, т.е. будут протекать реакции гидрирования и тем самым будет достигнуто
улучшение качества жидкого топлива. При снижении содержания воды ниже 5 мас. % ее
влияние на показатели качества топлива практически не будет, а увеличение содержания
воды более 18 мас. % приведет к резкому падению удельной теплоты сгорания получаемого топлива. Использование части воды для получения топлива снижает нагрузку на системы очистки и приводит к увеличению количества получаемого топлива.
Неконденсирующиеся газообразные продукты разложения резиновых отходов из теплообменника 24 через кран 27 подают в печь 28 и сжигают в смеси с жидким топливом.
Сжигание неконденсирующихся продуктов разложения позволяет предотвратить их выброс в окружающую среду и одновременно снизить расход топлива для нагрева парогазовой смеси в нагревателе газа 20.
Выделение газообразных продуктов разложения приводит к росту давления в реакторе
10, поэтому для поддержания давления парогазовой смеси в реакторе 10 выше атмосферного с помощью крана-расходомера 19 снижают подачу водяного пара в нагреватель газа
20 и с помощью крана-расходомера 23 регулируют вывод части парогазовой смеси в теплообменник 24 таким образом, чтобы давление в реакторе 10 было постоянно выше атмосферного. Это контролируют по показаниям датчика давления 34. Одновременно по
показаниям газового анализатора 29 контролируют содержание водяного пара в парогазовой смеси и поддерживают массовое соотношение продукты разложения шин - водяной
пар в пределах (1,0-5,0):1. В процессе разложения изношенных шин количество образующихся газообразных продуктов разложения в первый период возрастает до максимального
значения, а затем во второй период снижается до полного прекращения выхода газообразных продуктов разложения. Поскольку давление в реакторе 10 выше атмосферного поддерживают путем подачи в реактор водяного пара (регулируют с помощью кранарасходомера 23) и вывода части парогазовой смеси в теплообменник 24 и одновременно в
циркулирующей парогазовой смеси поддерживают массовое соотношение продукты разложения шин - водяной пар в пределах (1,0-5,0):1 путем подачи в реактор 10 водяного па6
BY 11590 C1 2009.02.28
ра и вывода из реактора 10 в теплообменник 24 части парогазовой смеси, то момент полного прекращения выхода из шин газообразных продуктов разложения (момент окончания
процесса разложения шин) соответствует моменту полного закрытия крана-расходомера
23 и крана-расходомера 19, т.е. в этот момент прекращается подача пара в реактор 10 и
вывод парогазовой смеси из реактора для поддержания давления в реакторе выше атмосферного и поддержания массового соотношения продукты разложения шин - водяной
пар в пределах (1,0-5,0):1. При достижении момента прекращения выхода газообразных
продуктов открывают шлюзовой затвор 7 и с помощью транспортера 8 контейнер 5 выводят из реактора 10 в камеру загрузки 9. Затем затвор 7 закрывают. Открывают затвор 43 и
с помощью транспортера 44 контейнер 17 из камеры загрузки 45 подают в реактор 10 и
затем затвор 43 закрывают.
После вывода контейнера 5 в камеру загрузки 9 из фильтра 39 через кран-расходомер
46 с помощью насоса 47 в форсунки 48 подают воду и распыляют ее над слоем твердого
остатка в контейнере 5. Вода попадает на твердый остаток и охлаждает его, а сама испаряется, и образующийся водяной пар через клапан 49 выходит из камеры загрузки 9 в реактор 10. Температуру охлаждения твердого остатка в контейнере 5 контролируют по
показаниям датчика температуры 50 и после достижения Т = 120 °С распыление воды
прекращают.
С помощью поворотного механизма 51 контейнер 5 поворачивают и устанавливают
донной частью вверх, в результате чего твердый остаток под действием собственного веса
из контейнера 5 вываливается на ленточный транспортер 52, который с помощью двигателя 53 приводят в движение, и твердый остаток подают в валковую мельницу 54. После
разгрузки контейнер 5 устанавливают в рабочее положение (донной частью вниз) и загружают его как описано выше.
В валковой мельнице 54 твердый остаток проходя через валки размалывается до размеров частиц 1-3 мм, в результате чего углеродистая составляющая (твердая фаза) отделяется от металлического корда. При размоле углеродистой составляющей до размеров
частиц более 3 мм часть металлического корда (проволоки) не отделится от углеродистой
составляющей, т.к. на проволоке (диаметр ее 1 мм и менее) будут остатки углеродистой
составляющей. Размол до частиц менее 1 мм требует повышенного расхода энергии. После валковой мельницы 54 твердую фазу и металлический корд подают в электромагнитный сепаратор 55. В электромагнитном сепараторе 55 отделяют металл от углеродистых
продуктов разложения. Металл подают в пресс 56 и прессуют в брикеты, а углеродистый
остаток подают в центробежную мельницу 57. В центробежной мельнице 57 углеродистый остаток измельчают до размеров частиц 0,05-0,1 мм и затем подают в бункер - накопитель 58. Из бункера - накопителя 58 в смеситель 60 через весовой дозатор 61 подают
заданное количество измельченного углеродистого остатка. Одновременно из емкости 42
через кран-расходомер 59 в смеситель 60 подают заданное количество жидкой фазы. Регулируя краном-расходомером 59 количество подаваемой жидкой фазы в смесителе 60 устанавливают соотношение твердой и жидкой фаз в пределах 1:(0,75-1,5). После
установления данного соотношения включают механическую мешалку 62 и перемешивают твердую и жидкую фазы. Одновременно включают насос-диспергатор 63 и осуществляют циркуляционную прокачку смеси по замкнутому контуру: смеситель - насос дисперагатор - смеситель в течение 600-3600 с.
Для получения однородной смеси необходимо, чтобы содержание твердой фазы и
жидкой не превышало 1:0,75, так как при большем содержании твердой фазы снижается
устойчивость смеси (твердая фаза быстро осаждается). При этом снижается и удельная
теплота сгорания смеси (удельная теплота сгорания жидкой фазы составляет 4041 МДж/кг, а твердой - 30-35 МДж/кг).
Увеличение содержания жидкой фазы, т.е создание смеси с массовым соотношением
более 1:1,5 требует повышенного расхода жидкой фазы и приводит к снижению удельной
7
BY 11590 C1 2009.02.28
плотности топлива (удельная плотность твердой фазы больше 1400 кг/м3, а удельная
плотность жидкой фазы около 930 кг/м3), в результате чего снижается количество энергии, которая может быть получена при сжигании 1 м3 топлива.
Аналогично осуществляют процесс термического разложения резиновых отходов, которые находятся в контейнере 17, установленном в реакторе 10. При этом для охлаждения
твердого остатка в контейнере 17 из фильтра 39 через кран 64 в форсунки 65 подают воду,
а температуру охлаждения контролируют по показаниям датчика температуры 66. Образующийся пар из камеры 17 выходит в реактор 10 через клапан 70. Продукты сгорания
топлива в парогенераторе 18 через дымовой патрубок 71 выбрасываются в атмосферу. С
помощью поворотного механизма 67 контейнер 17 поворачивают и устанавливают вверх
дном. Твердый остаток из контейнера 17 вываливается на транспортер 68, который с помощью двигателя 69 приводят в движение и твердый остаток подают в валковую мельницу 54.
При обработке отходов в реакторе 10 в контейнере 17 используют патрубок 73 подачи
парогазовой смеси в камеру 72.
Таким образом контейнеры 5 и 17 поочередно загружают отходами и подают в реактор 10.
Использование насоса-диспергатора позволяет не просто смешать твердые и жидкие
продукты разложения резиновых отходов, а обеспечить за счет механического воздействия,
в результате которого происходит активация твердой поверхности (поверхности частиц углеродистого остатка), механохимическая деструкция, гетерогенные механохимические реакции и другие процессы, снижение содержания непредельных соединений в получаемом
топливе, достичь равномерного смешения и высокой устойчивости полученной суспензии, а
также удалить влагу, которая может накапливаться в жидких продуктах при отделении их в
сепараторе от водяного конденсата. Уменьшение количества влаги в жидком топливе приводит к повышению его удельной теплоты сгорания и снижению температуры замерзания,
то есть к улучшению качества получаемого топлива. В результате протекания механохимической деструкции (разложения) высокомолекулярных соединений, которые содержатся в
жидких продуктах разложения отходов, образуются соединения с более низкой молекулярной массой и таким образом в получаемом топливе увеличивается содержание бензиновой
и дизельной фракции, т.е. качество топлива повышается.
В насосе-диспергаторе смесь подвергается воздействию кавитационных микроструек,
которые возникают при захлопывании полостей кавитационных пузырьков. В этом процессе возникают высокие давления и происходит механохимическая активация поверхности частиц твердой фазы, в результате чего протекают реакции между жидкой фазой и
твердой. При этом показатели топлива улучшаются (исчезает запах, уменьшается содержание в топливе непредельных соединений, а также повышается равномерность смешивания твердой и жидкой фаз и увеличивается устойчивость смеси, т.е. снижается расслоение
твердых частиц и жидкой фазы.
Пример 1.
Из накопителя 1 с помощью транспортера 2 в бункер загрузки 3 подают порцию измельченных до размеров кусков 300 мм резиновых отходов (изношенные шины) в количестве 100 кг. После этого открывают затвор 4 и отходы под действием собственного веса
проваливаются в контейнер 5. Затем затвор 4 закрывают, в бункер загрузки 3 опять подают следующую порцию отходов, после чего открывают затвор 3 и отходы проваливаются
в контейнер 5. Операцию загрузки повторяют 6 раз, чтобы в результате загрузить в контейнер 5 600 кг отходов. Порционная загрузка позволяет равномерно по объему загрузить
отходы в контейнер 5. С помощью привода 6 открывают шлюзовой затвор 7 и, включив
транспортер 8, контейнер 5 из камеры загрузки 9 подают в реактор 10, после чего затвор 7
закрывают. При этом контейнер 5 в реакторе 10 устанавливают таким образом, что патрубок 11 подачи парогазовой смеси в камеру 12 с беспровальной решеткой соединяется
8
BY 11590 C1 2009.02.28
(стыкуется) с газоходом 13 подачи парогазовой смеси в реактор 10. Транспортер 2 с помощью поворотной платформы 14 поворачивают от бункера загрузки 3 к бункеру загрузки
15. После этого из накопителя 1 с помощью транспортера 2 в бункер загрузки 15 подают
измельченные до размеров частиц 300 мм резиновые отходы порциями (6 порций) по
100 кг. Открывают затвор 16 и отходы под действием собственного веса проваливаются в
контейнер 17. Таким образом контейнер 17 полностью загружают отходами в количестве
600 кг.
От парогенератора 18 через кран-расходомер 19 с расходом 300 кг /ч в нагреватель газа 20 подают водяной пар при температуре 110 °С. Для получения такого количества водяного пара в парогенераторе сжигают 24 кг/ч жидкого топлива с теплотой сгорания
40 МДж/кг. Одновременно с подачей пара в нагреватель газа 20 включают вентилятор 21
и осуществляют циркуляцию водяного пара по контуру: нагреватель газа 20 - камера с
беспровальной решеткой 12 - слой отходов в контейнере 5 - газоход 22 вывода парогазовой смеси из реактора 10 - вентилятор 21 - нагреватель газа 20. В процессе циркуляции
водяного пара открывают кран - расходомер 23 и с расходом 180 кг/ч в течение 10 минут
водяной пар отводят в теплообменник 24 и конденсируют пар путем охлаждения воздухом, который с помощью вентилятора 25 прокачивают через рубашку 26 теплообменника
24. За это время в теплообменник 24 будет отведено и сконденсировано 30 кг водяного пара. Для конденсации 30 кг водяного пара в теплообменнике 24 потребуется количество воздуха 1017 кг. Таким образом расход воздуха составит 1017 кг / 600 с = 1,7 кг/с = 6102 кг/ч.
Так как водяной пар при температуре 110 °С имеет плотность 0,8 кг /м3, то прокачка 30 кг
водяного пара через реактор означает прокачку 37,5 м3 пара, что при объеме реактора 6 м3
означает 6-ти кратную смену газовой среды в реакторе, в результате чего из реактора вытесняется практически весь воздух, который с потоком пара отводят в теплообменник 24.
Так как воздух не конденсируется в теплообменнике 24, то его (воздух) через кран 27 подают в печь 28. Содержание воздуха в реакторе контролируют по показаниям газового
анализатора 29. После достижения заданного (5 мас. %) содержания воздуха в парогазовой смеси отвод этой смеси в теплообменник 24 прекращают путем закрытия крана 23.
Одновременно с помощью крана 19 прекращают подачу водяного пара в нагреватель газа.
Так как прекращается отбор водяного пара от парогенератора 18, то автоматика парогенератора снижает с 24 кг/ч до минимума количество сжигаемого топлива (10 кг/ч). Удаление
воздуха из реактора необходимо, чтобы предотвратить окисление (горение) продуктов
разложения отходов в реакторе 10. Одновременно с выводом из теплообменника 24 воздуха из емкости 30 в печь 28 подают жидкое топливо в количестве 36 кг/ч и сжигают его.
Образующиеся продукты сгорания в количестве 396 кг /ч поступают в кожух нагревателя
газа 20 и затем с помощью дымососа 31 из кожуха нагревателя газа 20 продукты сгорания
выводят в дымовую трубу 32. Проходя через кожух нагревателя газа 20 высокотемпературные (Т = 1000 °С и более) продукты сгорания топлива в печи 28 нагревают протекающий по трубам нагревателя водяной пар до температуры 700 °С, а сами охлаждаются и
при температуре 150 °С выводятся в дымовую трубу 32.
Для переработки 600 кг/ч изношенных шин необходимо прокачать через слой отходов
1200 кг парогазовой смеси (водяной пар и продукты разложения) с температурой на входе
в слой Т = 700 °С, а процесс разложения протекает в течение 2 ч (7200 с.). Таким образом,
при циркуляции парогазовой смеси в течение 2 ч ее расход составит величину
1200 кг/2ч = 600 кг/ч и с помощью вентилятора 21 устанавливают расход парогазовой
смеси в процессе циркуляции (расход смеси, подаваемой вентилятором 21 в слой отходов), равный 600 кг/ч.
При достижении определенной температуры (в нашем случае Т = 280 °С), что контролируют по показаниям датчика температуры 33, начинает протекать процесс термического разложения резиновых отходов с образованием твердых и газообразных продуктов,
которые смешиваются с циркулирующей парогазовой смесью.
9
BY 11590 C1 2009.02.28
Количество продуктов пиролиза шин в парогазовой смеси контролируют по показаниям газового анализатора 29 и устанавливают массовое соотношение водяной пар - продукты пиролиза в пределах 1:1 (в парогазовой смеси на 1 кг водяного пара содержится 1 кг
продуктов пиролиза, после чего открывают кран-расходомер 23 и часть парогазовой смеси
(водяной пар и газообразные продукты разложения резиновых отходов) с расходом
300 кг/ч выводят в теплообменник 24, в котором продукты охлаждают до температуры
90 °С. Температуру охлаждения контролируют по показаниям датчика температуры 35.
Давление в реакторе 10 контролируют по показаниям датчика давления 34 и манипулируя
краном-расходомером 23 (регулируют величину открытия) устанавливают давление в реакторе 10 выше атмосферного, чтобы предотвратить подсос из атмосферы воздуха в реактор 10.
Одновременно манипулируя краном 19 (открывают кран) в реактор подают водяной
пар с расходом 150 кг/ч для поддержания в парогазовой смеси соотношения пар - продукты пиролиза 1:1, что контролируют по показаниям газового анализатора 29. Так как из реактора 10 в теплообменник 24 с расходом 300 кг /ч выводят парогазовую смесь, в которой
в равных (1:1) количествах содержится водяной пар и продукты пиролиза шин, то для
поддержания в реакторе 10 заданного состава парогазовой смеси и ее давления необходимо добавлять водяной пар, а продукты пиролиза добавляются в парогазовую смесь в результате разложения шин. Отводимую из реактора 10 в теплообменник 24 парогазовую
смесь охлаждают путем теплообмена с прокачиваемым через рубашку 26 теплообменника
воздухом. При этом для конденсации 300 кг/ч парогазовой смеси расход воздуха через рубашку теплообменника 24 устанавливают равным 10170 кг/ч или в объемном выражении
8475 м3/ч (плотность воздуха 1,2 кг/м3).
В результате охлаждения парогазовой смеси образуется жидкая фаза, которую через
кран 36 подают в сепаратор 37. Жидкая фаза содержит воду и сконденсировавшиеся продукты пиролиза шин. В нашем случае конденсируется 90 мас. % газообразных продуктов,
а 10 мас. % составляют неконденсирующиеся газы. Таким образом конденсируется 150
кг/ч водяного пара и (150 кг/ч). 0,9 = 135 кг/ч газообразных продуктов разложения изношенных шин.
В сепараторе 37 отделяют воду от жидких продуктов разложения и подают ее через
кран 38 в фильтр 39, где очищают от органических примесей и затем через кран 40 очищенную воду с расходом 142,9 кг/ч подают в парогенератор для получения водяного пара.
Это позволяет предотвратить образование загрязненных сточных вод и таким образом
снизить выбросы вредных веществ в окружающую среду. Жидкие продукты разложения
из сепаратора через кран 41 подают в накопительную емкость 42 с расходом 142,1 кг/ч.
Воду отделяют частично таким образом, чтобы содержание остаточной воды в жидкой
фазе было 5 мас. %, что контролируют по показаниям датчика, установленного в сепараторе 37 и работающего, например, на принципе измерения удельной электропроводности
смеси проводящей жидкости (вода) и непроводящей (жидкие продукты пиролиза шин).
Таким образом жидкая фаза содержит 135 кг продуктов разложения шин и 7,1 кг воды, т.е
количество жидкой фазы, которая образуется в течение 1 ч (3600 с) составляет 135 кг +
7,1 кг = 142,1 кг.
Неконденсирующиеся газообразные продукты разложения резиновых отходов из теплообменника 24 через кран 27 в количестве 15 кг/ч подают в печь 28 и сжигают в смеси с
жидким топливом. Сжигание неконденсирующихся продуктов разложения позволяет предотвратить их выброс в окружающую среду и одновременно снизить расход топлива для
нагрева парогазовой смеси в нагревателе газа 20.
Теплота сгорания неконденсирующихся газов составляет 20 МДж/кг. Сжигание
15 кг/ч данных газов заменяет сжигание 7,5 кг/ч жидкого топлива с теплотой сгорания
40 МДж/кг.
10
BY 11590 C1 2009.02.28
Таким образом в нашем случае снижают расход жидкого топлива, подаваемого из емкости 30 в печь 28, с 36 кг/ч до (36 кг/ч - 7,5 кг/ч) = 28,5 кг/ч. Выделение газообразных
продуктов разложения приводит к росту давления в реакторе 10, поэтому для поддержания давления парогазовой смеси в реакторе 10 выше атмосферного с помощью крана расходомера 19 снижают подачу водяного пара в нагреватель газа 20 и с помощью кранарасходомера 23 регулируют вывод части парогазовой смеси в теплообменник 24 таким
образом, чтобы давление в реакторе 10 было постоянно выше атмосферного.
Это контролируют по показаниям датчика давления 34. Одновременно по показаниям
газового анализатора 29 контролируют содержание водяного пара в парогазовой смеси и
поддерживают массовое соотношение водяной пар - продукты разложения шин в пределах 1:1. В процессе разложения изношенных шин количество образующихся газообразных
продуктов разложения в первый период возрастает до максимального значения, а затем во
второй период снижается до полного прекращения выхода газообразных продуктов разложения. Поскольку давление в реакторе 10 выше атмосферного поддерживают путем подачи в реактор водяного пара (регулируют с помощью крана-расходомера 23) и вывода
части парогазовой смеси в теплообменник 24 и одновременно в циркулирующей парогазовой смеси поддерживают массовое соотношение водяной пар - продукты разложения
шин в пределах 1: 1 путем подачи в реактор 10 водяного пара и вывода из реактора 10 в
теплообменник 24 части парогазовой смеси, то момент полного прекращения выхода из
шин газообразных продуктов разложения (момент окончания процесса разложения шин)
соответствует моменту полного закрытия крана-расходомера 23 и крана-расходомера 19,
т.е. в этот момент прекращается подача пара в реактор 10 и вывод парогазовой смеси из
реактора для поддержания давления в реакторе выше атмосферного и поддержания массового соотношения пар - продукты разложения шин в пределах 1:1.
При достижении момента прекращения выхода газообразных продуктов открывают
шлюзовой затвор 7 и с помощью транспортера 8 контейнер 5 выводят из реактора 10 в камеру загрузки 9. Затем затвор 7 закрывают. Открывают затвор 43 и с помощью транспортера 44 контейнер 17 из камеры загрузки 45 подают в реактор 10 и затем затвор 43
закрывают. После вывода контейнера 5 в камеру загрузки 9 из фильтра 39 через кран расходомер 46 с помощью насоса 47 в форсунки 48 подают 54 кг воды и распыляют ее над
слоем твердого остатка в контейнере 5 в течение 10 мин. Вода попадает на твердый остаток и охлаждает его, а сама испаряется, и образующийся водяной пар через клапан 49 выходит из камеры загрузки 9 в реактор 10. Температуру охлаждения твердого остатка в
контейнере 5 контролируют по показаниям датчика температуры 50 и после достижения
Т = 120 °С распыление воды прекращают.
С помощью поворотного механизма 51 контейнер 5 поворачивают и устанавливают
донной частью вверх, в результате чего твердый остаток под действием собственного веса
из контейнера 5 в количестве 300 кг (в нашем примере выход твердого остатка составляет
50 мас. % от количества изношенных шин) вываливается на ленточный транспортер 52,
который с помощью двигателя 53 приводят в движение и твердый остаток подают в валковую мельницу 54. После разгрузки контейнер 5 устанавливают в рабочее положение
(донной частью вниз) и загружают его, как описано выше.
В валковой мельнице 54 твердый остаток проходя через валки размалывается до размеров частиц 1 мм, в результате чего углеродистая составляющая (твердая фаза) отделяется от металлического корда. Заданную величину размола 1 мм в валковой мельнице
устанавливают путем регулировки расстояния между валками, которое устанавливают
равным 1 мм. После валковой мельницы 54 твердую фазу и металлический корд подают в
электромагнитный сепаратор 55.
В электромагнитном сепараторе 55 отделяют 30 мас. % металла от углеродистых продуктов разложения, т.е. отделяют 90 кг металла. Металл в количестве 90 кг подают в пресс
56 и прессуют в брикеты, а углеродистый остаток в количестве 210 кг подают в центро11
BY 11590 C1 2009.02.28
бежную мельницу 57. В центробежной мельнице 57 углеродистый остаток измельчают до
размеров частиц 0,05-0,1 мм и затем подают в бункер-накопитель 58.
Из бункера - накопителя 58 в смеситель 60 через весовой дозатор 61 подают заданное
количество измельченного углеродистого остатка. Одновременно из емкости 42 через
кран-расходомер 59 в смеситель 60 подают заданное количество жидкой фазы. Регулируя
краном-расходомером 59 количество подаваемой жидкой фазы в смесителе 58 устанавливают соотношение твердой и жидкой фаз равное 1:0,75, т.е. на 0,75 кг жидкой фазы в смеситель подают 1 кг углеродистого остатка. Таким образом в смеситель 60 загружают через
весовой дозатор 210 кг углеродистого остатка и из емкости 42 через кран-расходомер 59 в
смеситель 60 подают 157,5 кг жидкой фазы.
После установления данного соотношения включают механическую мешалку 62 и перемешивают твердую и жидкую фазы. Одновременно включают насос-диспергатор 63 и
осуществляют циркуляционную прокачку смеси по замкнутому контуру: смеситель - насос - дисперагатор - смеситель в течение 600 с. Перешивание в течение времени менее
600 с (10 мин) не позволяет достичь равномерного смешивания твердой и жидкой фаз, а
также улучшить показатели получаемого топлива.
Аналогично осуществляют процесс термического разложения резиновых отходов, которые находятся в контейнере 17, установленном в реакторе 10. При этом для охлаждения
твердого остатка в контейнере 17 из фильтра 39 через кран 64 в форсунки 65 подают воду,
а температуру охлаждения контролируют по показаниям датчика температуры 66. Образующийся пар из камеры 17 выходит в реактор 10 через клапан 70, что позволяет снизить
расход пара на удаление воздуха из реактора 10. Продукты сгорания топлива в парогенераторе 18 через дымовой патрубок 71 выбрасываются в атмосферу. С помощью поворотного механизма 67 контейнер 17 поворачивают и устанавливают вверх дном. Твердый
остаток из контейнера 17 вываливается на транспортер 68, который с помощью двигателя
69 приводят в движение и твердый остаток подают в валковую мельницу 54.
При обработке отходов в реакторе 10 в контейнере 17 используют патрубок 73 подачи
парогазовой смеси в камеру 72.
Таким образом контейнеры 5 и 17 поочередно загружают отходами и подают в реактор 10.
Пример 2.
Из накопителя 1 с помощью транспортера 2 в бункер загрузки 3 подают порцию измельченных до размеров кусков 150 мм резиновых отходов (изношенные шины) в количестве 150 кг. После этого открывают затвор 4 и отходы под действием собственного веса
проваливаются в контейнер 5. Затем затвор 4 закрывают, в бункер загрузки 3 опять подают следующую порцию отходов, после чего открывают затвор 3 и отходы проваливаются
в контейнер 5. Операцию загрузки повторяют 6 раз, чтобы в результате загрузить в контейнер 5 900 кг отходов. Порционная загрузка позволяет равномерно по объему загрузить
отходы в контейнер 5. С помощью привода 6 открывают шлюзовой затвор 7 и включив
транспортер 8 контейнер 5 из камеры загрузки 9 подают в реактор 10, после чего затвор 7
закрывают. При этом контейнер 5 в реакторе 10 устанавливают таким образом, что патрубок 11 подачи парогазовой смеси в камеру 12 с беспровальной решеткой соединяется
(стыкуется) с газоходом 13 подачи парогазовой смеси в реактор 10. Транспортер 2 с помощью поворотной платформы 14 поворачивают от бункера загрузки 3 к бункеру загрузки 15. После этого из накопителя 1 с помощью транспортера 2 в бункер загрузки 15
подают измельченные до размеров частиц 150 мм резиновые отходы порциями (6 порций)
по 150 кг. Открывают затвор 16 и отходы под действием собственного веса проваливаются в контейнер 17. Таким образом контейнер 17 полностью загружают отходами в количестве 600 кг.
От парогенератора 18 через кран-расходомер 19 с расходом 450 кг /ч в нагреватель газа 20 подают водяной пар при температуре 110 °С. Для получения такого количества во12
BY 11590 C1 2009.02.28
дяного пара в парогенераторе сжигают 36 кг/ч жидкого топлива с теплотой сгорания
40 МДж/кг. Одновременно с подачей пара в нагреватель газа 20 включают вентилятор 21
и осуществляют циркуляцию водяного пара по контуру: нагреватель газа 20 - камера с
беспровальной решеткой 12 - слой отходов в контейнере 5 - газоход 22 вывода парогазовой смеси из реактора 10 - вентилятор 21 - нагреватель газа 20. В процессе циркуляции
водяного пара открывают кран - расходомер 23 и с расходом 270 кг/ч в течение 10 минут
водяной пар отводят в теплообменник 24 и конденсируют пар путем охлаждения воздухом, который с помощью вентилятора 25 прокачивают через рубашку 26 теплообменника
24. За это время в теплообменник 24 будет отведено и сконденсировано 45 кг водяного пара.
Для конденсации 45 кг водяного пара в теплообменнике 24 потребуется количество воздуха
1526 кг. Таким образом, расход воздуха составит 1526 кг / 600 с = 2,55 кг/с = 9180 кг/ч. Так
как водяной пар при температуре 110 °С имеет плотность 0,8 кг /м3, то прокачка 45 кг водяного пара через реактор означает прокачку 56,3 м3 пара, что при объеме реактора 6 м3
означает 9-кратную смену газовой среды в реакторе, в результате чего из реактора вытесняется практически весь воздух, который с потоком пара отводят в теплообменник 24. Так
как воздух не конденсируется в теплообменнике 24, то его (воздух) через кран 27 подают
в печь 28. Содержание воздуха в реакторе контролируют по показаниям газового анализатора 29. После достижения заданного (5 мас. %) содержания воздуха в парогазовой смеси
отвод этой смеси в теплообменник 24 прекращают путем закрытия крана 23. Одновременно с помощью крана 19 прекращают подачу водяного пара в нагреватель газа. Так как
прекращается отбор водяного пара от парогенератора 18, то автоматика парогенератора
снижает с 36 кг/ч до минимума количество сжигаемого топлива (10 кг/ч). Удаление воздуха из реактора необходимо, чтобы предотвратить окисление (горение) продуктов разложения отходов в реакторе 10. Одновременно с выводом из теплообменника 24 воздуха из
емкости 30 в печь 28 подают жидкое топливо в количестве 54 кг/ч и сжигают его. Образующиеся продукты сгорания в количестве 594 кг /ч поступают в кожух нагревателя газа
20 и затем с помощью дымососа 31 из кожуха нагревателя газа 20 продукты сгорания выводят в дымовую трубу 32. Проходя через кожух нагревателя газа 20 высокотемпературные (Т = 1000 °С и более) продукты сгорания топлива в печи 28 нагревают протекающий
по трубам нагревателя водяной пар до температуры 700 °С, а сами охлаждаются и при
температуре 150 °С выводятся в дымовую трубу 32.
Для переработки 900 кг/ч изношенных шин необходимо прокачать через слой отходов
1800 кг парогазовой смеси (водяной пар и продукты разложения) с температурой на входе
в слой Т = 700 °С, а процесс разложения протекает в течение 2 ч (7200 с.). Таким образом,
при циркуляции парогазовой смеси в течение 2 ч ее расход составит величину 1800 кг /
2ч = 900 кг/ч и с помощью вентилятора 21 устанавливают расход парогазовой смеси в
процессе циркуляции (расход смеси, подаваемой вентилятором 21 в слой отходов) равным
900 кг/ч.
При достижении определенной температуры (в нашем случае Т = 280 °С), что контролируют по показаниям датчика температуры 33, начинает протекать процесс термического разложения резиновых отходов с образованием твердых и газообразных продуктов,
которые смешиваются с циркулирующей парогазовой смесью.
Количество продуктов пиролиза шин в парогазовой смеси контролируют по показаниям газового анализатора 29 и устанавливают массовое соотношение продукты пиролиза водяной пар в пределах 5:1 (в парогазовой смеси на 1 кг водяного пара содержится 5 кг
продуктов пиролиза, после чего открывают кран-расходомер 23 и часть парогазовой смеси
(водяной пар и газообразные продукты разложения резиновых отходов) с расходом
216 кг/ч выводят в теплообменник 24, в котором продукты охлаждают до температуры
80 °С. Температуру охлаждения контролируют по показаниям датчика температуры 35.
Давление в реакторе 10 контролируют по показаниям датчика давления 34 и манипулируя
краном-расходомером 23 (регулируют величину открытия) устанавливают давление в ре13
BY 11590 C1 2009.02.28
акторе 10 выше атмосферного, чтобы предотвратить подсос из атмосферы воздуха в реактор 10. Одновременно манипулируя краном 19 (открывают кран) в реактор подают водяной пар с расходом 36 кг/ч для поддержания в парогазовой смеси соотношения продукты
пиролиза - пар 5:1, что контролируют по показаниям газового анализатора 29. Так как из
реактора 10 в теплообменник 24 с расходом 216 кг /ч выводят парогазовую смесь, в которой в соотношении (5:1) количествах содержатся продукты пиролиза шин и водяной пар,
то для поддержания в реакторе 10 заданного состава парогазовой смеси и ее давления необходимо добавлять водяной пар, а продукты пиролиза добавляются в парогазовую смесь
в результате разложения шин. Отводимую из реактора 10 в теплообменник 24 парогазовую смесь охлаждают путем теплообмена с прокачиваемым через рубашку 26 теплообменника воздухом. При этом для конденсации 216 кг/ч парогазовой смеси расход воздуха
через рубашку теплообменника 24 устанавливают равным 700 кг/ч или в объемном выражении 583 м3/ч (плотность воздуха 1,2 кг/м3).
В результате охлаждения парогазовой смеси образуется жидкая фаза, которую через
кран 36 подают в сепаратор 37. Жидкая фаза содержит воду и сконденсировавшиеся продукты пиролиза шин. В нашем случае конденсируется 85 мас. % газообразных продуктов,
а 15 мас. % составляют неконденсирующиеся газы. Таким образом конденсируется 36 кг/ч
водяного пара и (180 кг/ч). 0,85 = 153 кг/ч газообразных продуктов разложения изношенных шин.
В сепараторе 37 отделяют воду от жидких продуктов разложения и подают ее через
кран 38 в фильтр 39, где очищают от органических примесей и затем через кран 40 очищенную воду с расходом 2,15 кг/ч подают в парогенератор для получения водяного пара.
Это позволяет предотвратить образование загрязненных сточных вод и таким образом
снизить выбросы вредных веществ в окружающую среду. Жидкие продукты разложения
из сепаратора через кран 41 подают в накопительную емкость 42 с расходом 186,85 кг/ч.
Воду отделяют частично таким образом, чтобы содержание остаточной воды в жидкой
фазе было 18 мас. %, что контролируют по показаниям датчика, установленного в сепараторе 37 и работающего, например, на принципе измерения удельной электропроводности
смеси проводящей жидкости (вода) и непроводящей (жидкие продукты пиролиза
шин).Таким образом, жидкая фаза содержит 153 кг продуктов разложения шин и 33,85 кг
воды, т.е количество жидкой фазы, которая образуется в течение 1 ч (3600 с) составляет
153 кг + 33,85 кг = 186,85 кг.
Неконденсирующиеся газообразные продукты разложения резиновых отходов из теплообменника 24 через кран 27 в количестве 27 кг/ч подают в печь 28 и сжигают в смеси с
жидким топливом. Сжигание неконденсирующихся продуктов разложения позволяет предотвратить их выброс в окружающую среду и одновременно снизить расход топлива для
нагрева парогазовой смеси в нагревателе газа 20. Теплота сгорания неконденсирующихся
газов составляет 20 МДж/кг. Сжигание 15 кг/ч данных газов заменяет сжигание 13,5 кг/ч
жидкого топлива с теплотой сгорания 40 МДж/кг.
Таким образом в нашем случае снижают расход жидкого топлива, подаваемого из емкости 30 в печь 28, с 54 кг/ч до (54 кг/ч - 13,5 кг/ч) = 40,5 кг/ч.
Выделение газообразных продуктов разложения приводит к росту давления в реакторе
10, поэтому для поддержания давления парогазовой смеси в реакторе 10 выше атмосферного с помощью крана-расходомера 19 снижают подачу водяного пара в нагреватель газа
20 и с помощью крана-расходомера 23 регулируют вывод части парогазовой смеси в теплообменник 24 таким образом, чтобы давление в реакторе 10 было постоянно выше атмосферного. Это контролируют по показаниям датчика давления 34. Одновременно по
показаниям газового анализатора 29 контролируют содержание водяного пара в парогазовой смеси и поддерживают массовое соотношение продукты разложения шин - водяной
пар в пределах 5:1.
14
BY 11590 C1 2009.02.28
При достижении момента прекращения выхода газообразных продуктов открывают
шлюзовой затвор 7 и с помощью транспортера 8 контейнер 5 выводят из реактора 10 в камеру загрузки 9. Затем затвор 7 закрывают. Открывают затвор 43, и с помощью транспортера 44 контейнер 17 из камеры загрузки 45 подают в реактор 10, и затем затвор 43
закрывают.
После вывода контейнера 5 в камеру загрузки 9 из фильтра 39 через кран-расходомер
46 с помощью насоса 47 в форсунки 48 подают 81 кг воды и распыляют ее над слоем
твердого остатка в контейнере 5 в течение 10 минут. Вода попадает на твердый остаток и
охлаждает его, а сама испаряется, и образующийся водяной пар через клапан 49 выходит
из камеры загрузки 9 в реактор 10, что позволяет снизить расход пара от парогенератора
18 на удаление воздуха из реактора 10. Температуру охлаждения твердого остатка в контейнере 5 контролируют по показаниям датчика температуры 50 и после достижения
Т = 120 °С распыление воды прекращают.
С помощью поворотного механизма 51 контейнер 5 поворачивают и устанавливают
донной частью вверх, в результате чего твердый остаток под действием собственного веса
из контейнера 5 в количестве 540 кг (в нашем примере выход твердого остатка составляет
60 мас. % от количества изношенных шин) вываливается на ленточный транспортер 52,
который с помощью двигателя 53 приводят в движение и твердый остаток подают в валковую мельницу 54. После разгрузки контейнер 5 устанавливают в рабочее положение
(донной частью вниз) и загружают его как описано выше.
В валковой мельнице 54 твердый остаток проходя через валки размалывается до размеров частиц 3 мм, в результате чего углеродистая составляющая (твердая фаза) отделяется от металлического корда. Заданную величину размола 3 мм в валковой мельнице
устанавливают путем регулировки расстояния между валками, которое устанавливают
равным 3 мм. После валковой мельницы 54 твердую фазу и металлический корд подают в
электромагнитный сепаратор 55. В электромагнитном сепараторе 55 отделяют 30 мас. %
металла от углеродистых продуктов разложения, т.е. отделяют 162 кг металла. Металл в
количестве 162 кг подают в пресс 56 и прессуют в брикеты, а углеродистый остаток в количестве 378 кг подают в центробежную мельницу 57. В центробежной мельнице 57 углеродистый остаток измельчают до размеров частиц 0,05 - 0,1 мм и затем подают в бункер накопитель 58. Из бункера - накопителя 58 в смеситель 60 через весовой дозатор 61 подают заданное количество измельченного углеродистого остатка. Одновременно из емкости
42 через кран-расходомер 59 в смеситель 60 подают заданное количество жидкой фазы.
Регулируя краном-расходомером 59 количество подаваемой жидкой фазы в смесителе 58
устанавливают соотношение твердой и жидкой фаз, равное 1 : 1,5, т.е. на 1,5 кг жидкой
фазы в смеситель подают 1,0 кг углеродистого остатка. Таким образом в смеситель 60 загружают через весовой дозатор 249 кг углеродистого остатка и из емкости 42 через кран расходомер 59 в смеситель 60 подают 373 кг жидкой фазы. После установления данного
соотношения включают механическую мешалку 62 и перемешивают твердую и жидкую
фазы. Одновременно включают насос-диспергатор 63 и осуществляют циркуляционную
прокачку смеси по замкнутому контуру: смеситель - насос - дисперагатор - смеситель в
течение 3600 с.
Перемешивание в течение времени более 3600 с (60 минут) приводит к росту энергозатрат на получение топлива, но не улучшает качества топлива, так как процесс перемешивания уже завершился.
Аналогично осуществляют процесс термического разложения резиновых отходов, которые находятся в контейнере 17, установленном в реакторе 10. При этом для охлаждения
твердого остатка в контейнере 17 из фильтра 39 через кран 64 в форсунки 65 подают воду,
а температуру охлаждения контролируют по показаниям датчика температуры 66. Образующийся пар из камеры 17 выходит в реактор 10 через клапан 70. Продукты сгорания
топлива в парогенераторе 18 через дымовой патрубок 71 выбрасываются в атмосферу. С
15
BY 11590 C1 2009.02.28
помощью поворотного механизма 67 контейнер 17 поворачивают и устанавливают вверх
дном. Твердый остаток из контейнера 17 вываливается на транспортер 68, который с помощью двигателя 69 приводят в движение и твердый остаток подают в валковую мельницу 54. При обработке отходов в реакторе 10 в контейнере 17 используют патрубок 73
подачи парогазовой смеси в камеру 72. Таким образом контейнеры 5 и 17 поочередно загружают отходами и подают в реактор 10.
Заявленное изобретение отличается от аналогов более низкими энергетическими затратами на переработку, низкими вредными выбросами в окружающую среду и высоким
качеством получаемых продуктов переработки изношенных шин.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
16
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
320 Кб
Теги
by11590, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа