close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY13123

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2010.04.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 13123
(13) C1
(19)
B 29B 17/00
C 08J 11/00
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ПОЛИМЕРНЫХ ОТХОДОВ
И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
(21) Номер заявки: a 20061015
(22) 2006.10.20
(43) 2008.06.30
(71) Заявитель: Юран Василий Сергеевич; Трестьян Александр Иванович;
Быховцов Иван Гаврилович (BY)
(72) Авторы: Юран Василий Сергеевич;
Трестьян Александр Иванович; Быховцов Иван Гаврилович (BY)
(73) Патентообладатель: Юран Василий
Сергеевич; Трестьян Александр
Иванович; Быховцов Иван Гаврилович (BY)
(56) RU 2021127 C1, 1994.
BY a20010828, 2003.
RU 2057012 C1, 1996.
RU 2077981 C1, 1997.
SU 1041557 A, 1983.
US 4614752, 1986.
EP 0589077 A1, 1994.
JP 7-310076 A, 1995.
RU 2156270 C1, 2000.
BY 13123 C1 2010.04.30
(57)
1. Способ переработки полимерных отходов, при котором отходы делят на четыре части и последовательно осуществляют термическое разложение каждой части отходов при
температуре 250-400 °С и давлении 0,08-0,09 МПа с образованием суспензии деструктированных отходов и парогазовой фазы, при этом первую часть отходов подвергают термическому разложению в среде высококипящего углеводородного растворителя, вторую,
третью и четвертые части отходов предварительно обрабатывают путем пропускания через них парогазовой фазы, полученной в процессе разложения предыдущей части отходов,
BY 13123 C1 2010.04.30
и проводят термическое разложение в суспензии деструктированных отходов, полученной
при разложении предыдущей части отходов, причем массовое соотношение перерабатываемых полимерных отходов и высококипящего углеводородного растворителя составляет 1 : 1.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что разложение осуществляют при температуре 390-400 °С.
3. Установка для переработки полимерных отходов способом по п. 1, содержащая узел
термодеструкции, состоящий из не менее чем двух реакторов, каждый из которых снабжен системой циркуляции реакционной смеси через насос, фильтр и теплообменник и соединен с линиями отвода парогазовой фазы и реакционной смеси и линией подачи
парогазовой фазы из одного реактора в другой, позволяющей осуществить предварительную обработку полимерных отходов парогазовой фазой, образующейся при термодеструкции в предыдущем реакторе.
Изобретение относится к способам переработки полимерных отходов и установке для
его осуществления и применяется для утилизации изношенных автопокрышек, резинотехнических изделий, полимерной пленки и тары и других отходов полимерных материалов.
Изобретение может быть использовано для получения гидроизоляционных материалов
для строительства, средств антикоррозионной защиты металла в машиностроении, кораблестроении, при прокладке трубопроводов, в частности горячих и холодных гидроизоляционных мастик, антикоррозионных составов, а также получения металлолома.
Актуальность проблемы обусловлена постоянно возрастающими требованиями к повышению качества и надежности зданий и сооружений, к увеличению срока службы автомобилей, подвижного железнодорожного состава, кораблей, трубопроводов и т.д., а
также с постоянно увеличивающимся спросом на энергоносители и металл. Кроме того,
она связана с постоянно возрастающей экологической нагрузкой на окружающую среду,
что требует разработки эффективных, экономически целесообразных решений по утилизации полимерных отходов. С учетом того, что полимерные отходы, количество которых
непрерывно возрастает, представляют собой ценное сырье, в состав которого входят углеводороды, технический углерод, наполнители и другие ценные продукты, наиболее перспективными являются методы их переработки, позволяющие получать материалы,
сохраняющие наиболее ценные компоненты - полимерные структуры, либо позволяющие
провести их разложение до углеводородов, которые могут быть использованы в качестве
энергоносителей.
Известен способ переработки резиносодержащих отходов, при котором осуществляют
их термодеструкцию при 250-380 °С в среде высококипящих углеводородов с образованием суспензии деструктированной резины и парогазовой смеси и их разделение [1]. К недостаткам этого способа относится длительность процесса, низкая производительность и
высокие энергозатраты.
Известна установка для переработки резиносодержащих отходов, содержащая узел
термодеструкции с загрузочным окном, сообщенный с линией подачи высокотемпературного рабочего агента и линиями отвода парогазовой смеси и готового продукта, конденсатор, установленный в линии отвода парогазовой смеси [1].
К недостаткам этой установки относится невозможность ее работы в непрерывном
режиме, низкая производительность и ограниченный ассортимент получаемых продуктов.
Известен способ переработки резиносодержащих отходов, включающий термическое
разложение полимерного сырья в углеводородном растворителе и последующем отделении конечного продукта, характеризующийся тем, что углеводородный растворитель
предварительно нагревается и используется при температуре 150-600 °С в него добавляются отходы вулканизированной и невулканизированной резины в пропорции 1 : 1-1 : 100
2
BY 13123 C1 2010.04.30
по массе, температурное разложение материала проводится в течение 1-300 сек при давлении 5⋅102-25⋅105 н/м2, при этом углеводородный растворитель циркулирует через реакционную смесь со скоростью 1-30 л/час на 1 кг резиновых отходов, а конечный продукт
отделяется от образующейся суспензии дистилляцией при температуре 200-560 °С и давлении 10-2⋅105 н/м2 в присутствии инертного газообразного агента, поступающего непрерывно со скоростью 0,01-10 л на килограмм суспензии [2].
Указанный способ характеризуется многостадийностью, сложностью технологии, связанной с необходимостью непрерывной подачи инертного газообразного агента, типом
конечного продукта и применением температур, при которых могут образоваться канцерогенные продукты.
Известен способ переработки резиносодержащих отходов в моторное топливо и химическое сырье, включающий обработку резиносодержащих отходов углеводородным растворителем - отходом производства синтетического каучука при температуре до 420 °С и
давлении 1-6 МПа с последующим отделением жидкой фракции и ее дистилляции с получением целевых продуктов. При этом обработку резиносодержащих отходов проводят в
присутствии редкоземельного металла или гидрида титана в количестве 0,5-10,0 мас. % от
реакционной смеси [3].
Указанный способ характеризуется сложным аппаратурным оформлением, связанным
с использованием высокого давления и необходимостью использования катализаторов.
Известен способ переработки органических промышленных и бытовых полимерных
отходов в моторное топливо и химическое сырье, используемое в органическом и нефтехимическом синтезе, заключающемся в термоокислении отходов при 270-420 °С и давлении 1-6 МПа в углеводородном растворителе, представляющем собой один или несколько
алкилбензолов, в качестве которых используют продукт дистилляции сырого бензола при
массовом соотношении растворителя и отходов 2 - 4 : 1, в присутствии редкоземельного
металла или интерметаллидов на основе редкоземельных металлов или в присутствии
гидрида титана, взятых в количестве 0,5-10,0 % от массы реакционной смеси [4].
Указанный способ также характеризуется сложным аппаратурным оформлением, связанным с использованием высокого давления и необходимостью использования катализаторов.
Известен способ получения бензина, дизельного топлива и сажи из отходов резины
и/или пластмассовых материалов, включающий загрузку материалов в пиролизный аппарат через питатель: выгрузку сажи из пиролизного аппарата, загрузку получающимися материалами в газовой фазе в аппарат для каталитического крекинга и фракционирования
получающихся продуктов посредством фракционирующей колонны, где реакционные материалы перемешиваются винтовой мешалкой в пиролизном аппарате и поступают в аппарат для десульфирования, и/или денитрации, и/или дехлорирования перед поступлением в
аппарат каталитического крекинга [5].
Существенным недостатком этого способа является многостадийность, сложность
технологического процесса, связанная с необходимостью приготовления специфических
катализаторов.
Известен способ переработки резиносодержащих и органических промышленных и
бытовых отходов в химическое сырье и компоненты моторного топлива, включающий
термокаталитическое ожижение отходов при повышенной температуре и давлении в углеводородном растворителе при температуре 220-360 °С и давлении 1-3 МПа с использованием
в качестве растворителя алкилбензола, смесей алкилбензолов и алкилбензолсодержащих углеводородных смесей при массовом соотношении отходы : растворитель, равном 1 : 2 - 4 [6].
Существенным недостатком этого способа является применение йода или йодосодержащих соединений, относящихся к достаточно дефицитным материалам, трудность их последующего отделения из целевых продуктов, высокое давление в реакционном аппарате,
использование токсичных растворителей.
3
BY 13123 C1 2010.04.30
Известен способ переработки резиносодержащих отходов и установка для его осуществления. Термодеструкцию резиносодержащих отходов осуществляют при 250-380 °С и
избыточном давлении 0,01-0,02 МПа в среде высококипящих углеводородов с образованием парогазовой смеси и суспензии деструктированной резины и их разделении. Перед
термодеструкцией резиносодержащие отходы обрабатывают суспензией деструктированной резины. Узел термодеструкции образован по меньшей мере двумя реакторами и снабжен перепускной емкостью для приема суспензии деструктированной резины из
реакторов [7].
Существенным недостатком этого способа является необходимость затраты времени
на предварительное набухание, закачивание в реактор суспензии растворенной резины,
ограниченный ассортимент получаемых продуктов. К недостаткам установки для осуществления данного способа является нагрев реакционной смеси непосредственно в реакторах, что приводит к коксованию углеводов на стенках, затруднения при удалении
парогазовой фазы.
Целью изобретения является расширение ассортимента получаемых продуктов, ускорение процесса термодеструкции, исключение необходимости предварительного набухания в суспензии растворенной резины, снижение энергозатрат.
Поставленная цель достигается тем, что в способе переработки полимерных отходов,
при котором процесс проводят при 250-400 °С в среде высококипящих углеводородных
растворителей с образованием суспензии термодеструктированных полимеров и парогазовой смеси и их разделение, согласно изобретению, термодеструкцию проводят при пониженном 0,08-0,09 МПа давлении, а предварительную обработку полимерных отходов
осуществляют путем подачи парогазовой смеси, образующейся при термодеструкции, в
реактор, загруженный полимерными отходами.
Для получения энергоносителей процесс осуществляют при температуре 390-400 °С.
Предпочтительно способ проводят при массовом соотношении полимерные отходы : высококипящий углеводородный растворитель, равном 1 : 1, используя в качестве последнего отработанные нефтепродукты.
Заявляемый процесс может быть осуществлен непрерывно, для чего обработку полимерных отходов перед термодеструкцией осуществляют посредством подачи их в выделяющуюся непрерывно парогазовую фазу, а высококипящие углеводородные растворители
подают непрерывно в образующуюся реакционную смесь.
Указанная задача в части устройств решается тем, что в установке для переработки
полимерных отходов, содержащей узел термодеструкции с загрузочным люком, сообщенный с теплообменником, обогреваемым высокотемпературным теплоносителем и линиями отвода готового продукта и парогазовой фазы через теплообменник, согласно
изобретению узел термодеструкции состоит не менее чем из двух реакторов, снабжен линиями подачи парогазовой фазы из одного реактора в другой. При этом линии вывода парогазовой фазы подключены к газодувке, которая через сепаратор, в котором газовая фаза
отделяется от жидкой, направляет газовую фазу в газгольдер, из которого она направляется для сжигания в котле, обеспечивающем нагрев высокотемпературного теплоносителя.
На чертеже представлена принципиальная схема установки. Установка для переработки полимерных отходов содержит узел термодеструкции, образованный по меньшей мере
двумя одинаковыми реакторами Р-1 и Р-2 и снабженный системой циркуляции реакционной смеси образованной насосами Н-1 и Н-2, фильтрами Ф-1, Ф-2 и теплообменниками Т1 и Т-2. В установке имеется емкость Е-4 для приемки готового продукта и аварийная емкость Е-1, для реакционной смеси в случае переполнения реакторов.
Каждый из реакторов Р-1 и Р-2 представляет собой цилиндрическую емкость с теплоизоляцией и откидной крышкой для загрузки кассет с полимерными отходами, которые
фиксируются в реакторе специальными направляющими.
Реактор снабжен патрубками для ввода растворителя, циркуляции реакционной смеси,
вывода парогазовой фазы, реакционной смеси, в случае нештатных ситуаций и готового
4
BY 13123 C1 2010.04.30
продукта, а также линиями ввода инертного газа или парогазовой фазы, барботером и системой трехходовых кранов. В установке имеется линия удаления и разделения парогазовой фазы, которая состоит из теплообменника Т-3, сепаратора С-1, газодувки М-1,
газгольдера Е-3, накопительной емкости для конденсата и насоса Н-3.
Способ переработки полимерных отходов в описанной установке осуществляется следующим образом. В периодическом режиме в реакторы Р-1 или Р-2 помещают загруженные в кассеты полимерные отходы, в качестве которых могут быть использованы
изношенные шины, резинотехнические изделия на основе различных каучуков и отходы
пластических масс. В барботер реактора, загруженного кассетой с полимерными отходами
с помощью трехходовых кранов направляют парогазовую фазу, образующуюся при термодеструкции в другом реакторе, в течение времени его работы. Затем в реактор подают
высококипящий углеводородный растворитель, в качестве которого могут быть использованы мазут, нефтяные битумы, экстракты селективной очистки масел, отработанные нефтепродукты и т.д. или реакционную смесь из другого реактора. Осуществляют циркуляцию
жидких компонентов через систему : реактор-фильтр-насос-теплообменник до полного растворения полимерных отходов. Об окончании процесса судят по прекращению выделения
парогазовой фазы. Жидкую реакционную смесь направляют в другой реактор, в котором
размещена кассета с полимерными отходами и в который подавалась парогазовая фаза.
Процесс термодеструкции осуществляют при температуре 250-350 °С. При достижении
соотношения полимерные отходы: растворитель, равном 1 : 1, образующуюся суспензию
направляют в накопительную емкость Е-4. Она может быть использована для получения
гидроизоляционных и антикоррозионных материалов и других целей в качестве химического сырья.
При получении энергоносителей процесс проводят при температуре 390-400 °С, используя в качестве растворителя отработанные нефтепродукты. В этом случае большая
часть (58 %) углеводородов переходит в парогазовую фазу и направляются на разделение
на газовую и жидкую фазы. Жидкие углеводороды затем направляют на ректификацию.
Заявленный способ в непрерывном режиме отличается тем, что полимерные отходы
подаются в реакторы непрерывно через шлюзовые камеры. В первый реактор непрерывно
подается высококипящий углеводородный растворитель, а в последующие - реакционная
смесь, образующаяся при термодеструкции. Число реакторов определяется типом перерабатываемых полимерных отходов, т.е. степенью загрузки рабочего объема аппаратов.
Образующаяся в процессе термодеструкции парогазовая фаза отсасывается газодувкой М-1, проходит через теплообменник Т-3, в котором пары переходят в жидкость, отделяющуюся в сепараторе С-1.
Процесс термодеструкции осуществляется при пониженном давлении, для его ускорения, так, в соответствии с уравнением
А + В = С + Д,
где А - полимерные отходы;
В - углеводородный растворитель;
С - суспензия растворенной резины;
Д - парогазовая фаза.
удаляя парогазовую фазу, мы ускоряем процесс термодеструкции.
Предварительная обработка полимерных отходов парогазовой фазой позволяет также
ускорить процесс, поскольку наиболее труднорастворимые резиносодержащие отходы содержат серу, в результате термодеструкции образуются меркаптаны и дисульфидные
группы, которые входят в состав парогазовой фазы и являются ускорителями термодеструкции углеводородов.
Кроме того, проходя через реактор, в котором размещены полимерные отходы, парогазовая фаза предварительно нагревает их, а сама охлаждается, что позволяет снизить
энергозатраты и расход охлаждающей воды.
5
BY 13123 C1 2010.04.30
Пример 1
В реактор объемом 100 л загружают кассету с полимерными отходами (изношенные
шины, транспортерные ленты, сальники и т.д.), реактор герметизируют и через теплообменник подают в него предварительно нагретый и отдутый инертным газом высококипящий углеводородный растворитель, в качестве которого используют мазут. Количество
загруженных полимерных отходов составляет 12,5 кг, а количество высококипящего углеводородного растворителя 50 кг. Осуществляют циркуляцию жидкой реакционной массы
через систему: реактор-фильтр-насос-теплообменник при температуре 250-350 °С и давлении 0,08 МПа. Длительность процесса 90 мин. Образующаяся при термодеструкции парогазовая фаза с помощью трехходового крана К-1 направляется в барботер другого
реактора, загруженного полимерными отходами, которые при этом нагреваются и набухают. По окончании процесса термодеструкции переключают насос на подачу реакционной смеси в другой реактор, где осуществляют циркуляцию реакционной смеси в течение
75 мин. Парогазовую фазу, выделяющуюся в процессе термодеструкции, отсасывают
газодувкой через систему теплообменник-сепаратор в то время, пока готовится первый
реактор. Первый реактор продувают инертным газом, разгерметизируют, открывают
крышку, выгружают кассету с металлом, загружают кассету с полимерными отходами и
герметизируют. Парогазовую фазу из работающего реактора с помощью трехходовых
кранов К-2 и К-3 направляют в барботер первого реактора. Таким образом, повторяют
процесс еще два раза до достижения соотношения полимерные отходы : высококипящий
углеводородный растворитель 1 : 1.
Готовый продукт после последнего цикла откачивают в емкость Е-4.
В результате процесса образуются следующие продукты: суспензия деструктированных полимеров 70 % по массе, парогазовая фаза 20 % по массе и металл 10 % по массе.
Общее время процесса составляет 315 мин.
Аналогично описанному проводят процесс термодеструкции по известному способу с
предварительной обработкой суспензией растворенной резины (по прототипу). Процесс
проводят четыре раза до достижения соотношения полимерные отходы : высококипящий
углеводородный растворитель, равном 1 : 1.
В результате процесса образуются следующие продукты: суспензия растворенной резины 65 % по массе, парогазовая фаза 25 % по массе и металл 10 % по массе. Общее время
процесса составляет 480 мин.
Пример 2
Процесс проводят аналогично примеру 1. В качестве полимерных отходов используют
изношенные шины и дробленую полиэтилентерефталатную тару в количестве 17 кг, а в
качестве высококипящего углеводородного растворителя нефтяной битум марки БНД
90/130 в количестве 51 кг. Процесс осуществляют при температуре 330-340 °С и давлении
0,09 МПа трехкратно до достижения соотношения полимерные отходы : высококипящий
углеводородный растворитель, равном 1 : 1, с использованием предварительной обработки парогазовой фазой.
В результате процесса образуются следующие продукты: суспензия деструктированных полимеров 71 % по массе, парогазовая фаза 22 % по массе и металл 7 % по массе.
Общее время процесса составляет 270 мин.
Аналогично описанному осуществляют процесс термодеструкции с предварительной
обработкой полимерных отходов суспензией растворенной резины, полученной в условиях примера 1. Процесс термодеструкции повторяют три раза до достижения соотношения
полимерные отходы : высококипящий углеводородный растворитель, равном 1 : 1.
В результате процесса образуются следующие продукты: суспензия деструктированных полимеров 68 % по массе, парогазовая фаза 24 % по массе и металл 8 % по массе.
Общее время процесса составляет 450 мин.
6
BY 13123 C1 2010.04.30
Пример 3
Процесс проводят аналогично примеру 1. В качестве полимерных отходов используют
изношенные шины, отходы производства РТИ (бракованные уплотнители, выпрессовки) и
упаковочную полипропиленовую пленку в количестве 15 кг, из которых 20 % составляет
пленка. В качестве высококипящего углеводородного растворителя используют отработанные нефтепродукты в количестве 45 кг. Процесс проводят при температуре 390-400 °С
и давлении 0,08 МПа с обработкой полимерных отходов образующейся парогазовой фазой. Процесс повторяют еще три раза до достижения соотношения полимерные отходы :
высококипящий углеводородный растворитель, равном 1 : 1.
В результате процесса образуются следующие продукты: суспензия деструктированных полимеров 34 % по массе, парогазовая фаза 58 % по массе и металл 8 % по массе.
Общее время процесса составляет 360 мин.
Источники информации:
1. Макаров В.М., Дроздовский В.Ф. Использование амортизиро ванных шин и отходов
производства резинотехнических изделий. - Л.: Химия, 1986.- С. 213, 217-218.
2. UK Patent G-B № 2113693В, 1985.
3. Патент РФ 2109770 // Бюл. № 31. - 1998.
4. Патент РФ 2110535 // Бюл. № 17. - 1998.
5. Патент РФ 2142494 // Бюл. № 34. - 1999.
6. Патент РФ 2156270 // Бюл. № 26. - 2000.
7. Патент РФ 2021127 // Бюл. № 19. - 1994.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
7
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
255 Кб
Теги
by13123, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа