close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY14211

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.04.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 14211
(13) C1
(19)
B 29B 17/00
C 08J 11/00
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ РЕЗИНОВЫХ ОТХОДОВ
И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
(21) Номер заявки: a 20081270
(22) 2008.10.08
(43) 2010.06.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт тепло- и массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси"
(BY)
(72) Авторы: Зедлец Иван Иванович (BY);
Фролов Евгений Николаевич (BY);
Жданок Виталий Александрович (BY);
Грабар Юрий Владимирович (LT)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт теплои массообмена имени А.В.Лыкова
Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) EA 004393 B1, 2004.
RU 2269415 C2, 2006.
RU 2305032 C1, 2007.
RU 2245247 C2, 2005.
BY 3609 U, 2007.
BY 14211 C1 2011.04.30
(57)
1. Способ переработки резиновых отходов путем пиролиза в среде теплоносителя,
включающий нагрев рабочей камеры реактора, загрузку резиновых отходов и перемещение
Фиг. 1
BY 14211 C1 2011.04.30
их транспортными тележками в среду теплоносителя, герметизацию рабочей камеры и
осуществление пиролиза, разделение продуктов пиролиза на продукты жидкой и твердой
фракций и газообразной фазы с отводом последней для использования в процессе пиролиза,
охлаждение твердой фракции водой, слив жидкой фракции и выгрузку твердой фракции,
отличающийся тем, что перемещение транспортных тележек с резиновыми отходами
осуществляют в шаговом режиме непрерывно от их загрузки до выгрузки твердой фракции, нагрев резиновых отходов в среде теплоносителя осуществляют непрерывно в две
стадии, предварительной - до температуры 150-200 °С и окончательной - в процессе пиролиза в среде перегретого водяного пара до температуры 450-600 °С, при этом утилизируют тепло дымовых газов, осуществляют непрерывный отвод из рабочей камеры
парогазовой смеси и ее двухступенчатую конденсацию с выделением на первой ступени
конденсации безводной жидкой фракции, причем температуру в зоне конденсации поддерживают в пределах 105-115 °С, и с получением на второй ступени конденсации конденсата водяного пара и конденсата парогазовой смеси, не сконденсировавшейся на
первой ступени конденсации; охлаждение твердой фракции осуществляют в раздельных
камерах с получением в одной камере перегретого водяного пара с температурой 150450 °С и его отводом в рабочую камеру реактора и окончательным охлаждением твердой
фракции в другой камере, причем охлаждение твердой фракции ведут в замкнутом цикле
охладителя, а замкнутый цикл охладителя дополнительно включает конденсацию выпара
из другой камеры охлаждения и дожиг несконденсировавшихся газов, причем предварительный нагрев отходов до температуры 150-200 °С осуществляют теплом уходящих дымовых газов в замкнутом цикле теплоносителя, а тепло парогазовой смеси на первой
ступени ее конденсации используют для выработки водяного пара, который направляют
для осуществления процесса пиролиза, для чего используют конденсат, полученный на
второй ступени конденсации.
2. Устройство для переработки резиновых отходов способом по п. 1, содержащее реактор с герметично изолированными друг от друга рабочей камерой, камерой загрузки и
камерой охлаждения, транспортные тележки, передвигающиеся по направляющим от входа
реактора к его выходу и заполненные сначала резиновыми отходами, а затем твердой
фракцией продуктов пиролиза, средство извлечения жидкой фракции и газообразной фазы
из парогазовой смеси, нагревательное устройство, средство непрерывной подачи тепловой
энергии в рабочую камеру реактора и средство охлаждения твердой фракции, при этом
реактор выполнен в виде герметичного теплоизолированного туннеля с направляющими
для транспортных тележек, включающего дополнительно введенные камеру подогрева и
шлюзовые камеры, расположенные между всеми вышеупомянутыми камерами, между которыми и по наружным торцам туннеля установлены герметичные задвижки, причем камера подогрева, рабочая камера и камера охлаждения снабжены паровыми завесами,
расположенными соответственно со стороны выхода на входе и выходе и на входе указанных
камер; рабочая камера дополнительно снабжена внутренним циркуляционным контуром
теплоносителя, а средство непрерывной подачи тепловой энергии в рабочую камеру реактора выполнено в виде труб из жаропрочного материала, расположенных вдоль рабочей
камеры, закрепленных герметично по отношению к внутреннему пространству рабочей
камеры и связанных дымоходами на входе с нагревательным устройством, а на выходе
с системой утилизации тепла дымовых газов, включающей дымоход, проходящий через
рекуператоры и связанный на выходе с дымососом, рекуператор с вентилятором, связанный с воздуховодом подачи нагретого воздуха в нагревательное устройство, а также циркуляционные контуры с рекуператорами и вентиляторами, связанные соответственно с
камерой загрузки и камерой подогрева, причем контур камеры подогрева снабжен газопроводом вытяжки газовой среды; средство извлечения жидкой фракции и газообразной
фазы выполнено в виде двухступенчатой системы конденсации, первая ступень которой
содержит конденсатор, связанный паропроводом с сепаратором, последний, в свою оче2
BY 14211 C1 2011.04.30
редь, связан с насосом откачки безводной жидкой фракции и с теплообменником, а через
другой паропровод - со второй ступенью конденсации, при этом первая ступень конденсации дополнительно оснащена испарительным контуром, включающим конденсатор и
сепаратор пара, связанный паропроводом с пароперегревателем, расположенным в дымоходе между нагревательным устройством и средством непрерывной подачи тепловой
энергии в рабочую камеру, а вторая ступень конденсации содержит конденсатор с сепаратором, связанным с вентилятором и газопроводом сброса газообразной фазы в нагревательное устройство, а также с емкостью и насосом откачки водного конденсата и конденсата
парогазовой смеси, не сконденсировавшейся на первой ступени конденсации, причем
транспортные тележки выполнены с возможностью перемещения в шаговом режиме
непрерывно от их загрузки резиновыми отходами до выгрузки твердой фракции средствами перемещения в виде цепных таскателей, каждый из которых состоит из привода, двух
звездочек и бесконечной цепи, на горизонтальной оси которой закреплен с возможностью
качания в вертикальной плоскости зацеп с противовесом, удерживающим его в приподнятом положении; внутренний циркуляционный контур теплоносителя рабочей камеры включает вентиляторы, ложный потолок, средство непрерывной подачи тепловой энергии и
транспортные тележки, причем ложный потолок выполнен в виде горизонтальной перегородки, установленной в верхней части внутреннего пространства рабочей камеры с зазором
относительно ее боковых стенок, в пространстве между которой и потолком камеры размещены роторы вентиляторов, а в перегородке выполнены всасывающие отверстия вентиляторов и на ней жестко закреплены направляющие перегородки; средство охлаждения
твердой фракции включает в себя емкости с охладителем и подключенные к ним дозирующие насосы для подачи охладителя на распылители, установленные в шлюзовой камере, расположенной между рабочей камерой и камерой охлаждения и непосредственно в
камере охлаждения, трубопроводы дренажа, связанные с указанными камерами и емкостями, систему вытяжки выпара из камеры охлаждения, включающую в себя паропровод,
конденсатор, сепаратор с патрубками, разделяющий конденсат выпара и несконденсировавшиеся газы, причем патрубок отвода конденсата связан с емкостями, а патрубок отвода
несконденсировавшихся газов через вентилятор и газопровод связан с нагревательным
устройством; шлюзовая камера, расположенная между рабочей камерой и камерой охлаждения, связана через обратный клапан с рабочей камерой для отвода в нее образующегося при охлаждении твердой фракции перегретого водяного пара.
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что вторая ступень конденсации дополнительно оснащена контуром циркуляции охладителя для выработки горячей воды, которая
может быть использована потребителем.
4. Устройство по п. 2 или 3, отличающееся тем, что к камере охлаждения примыкают
камера выгрузки твердой фракции, включающая средство выгрузки в виде подъемника и
желобов с размещенными в них шнеками и разгрузочный бункер, а также площадка разгрузки, а к камере загрузки примыкает площадка загрузки, причем камера выгрузки твердой
фракции и площадки загрузки и разгрузки оснащены направляющими для транспортных
тележек, перемещаемых средствами перемещения.
Изобретение относится к технологии переработки промышленных и бытовых органических отходов, в основном к способам термической переработки и их утилизации, и,
прежде всего, резинотехнических отходов, не подлежащих восстановительному ремонту,
например изношенных автомобильных шин, путем пиролиза в среде теплоносителя с получением твердой и жидкой фракций и газообразной фазы. Заявляемые способ и устройство
могут найти применение в различных отраслях промышленности, например в резинотехнической промышленности, топливно-энергетическом комплексе, нефтехимии, обеспечивая
эффективную и экологически безопасную утилизацию органических отходов и получение
из них топливно-энергетических ресурсов и других полезных продуктов.
3
BY 14211 C1 2011.04.30
В настоящее время известны различные способы утилизации органических отходов, в
том числе и способы переработки резиновых отходов, и средства их реализации. Эффективность их, прежде всего, определяется двумя главными требованиями: минимальным
ущербом, наносимым окружающей среде, и высокими экономическими показателями. По
экологическим требованиям наиболее приемлемыми в настоящее время являются способы
переработки органических отходов с применением парового термолиза (пиролиза) в среде
перегретого водяного пара при отсутствии кислорода, с образованием различных фаз углеводородосодержащих продуктов. При этом существенно снижается образование токсичных соединений.
Известен способ переработки резиновых отходов [1], согласно которому резиновые
отходы подвергают предварительному смешиванию с 5-15 мас. % воды и термическому
разложению в печи при распылении и испарении воды в количестве 50-150 % от массы
отходов и нагреве их до температуры 400 °С. Полученные продукты разложения разделяют на парогазовую смесь и твердый остаток, затем выделяют жидкую фазу из парогазовой
смеси с образованием газообразного продукта, который отводят на сжигание для поддержания процесса разложения отходов.
Недостатками известного способа является то, что нагрев реакционной смеси и испарение
воды внутри печи производят путем обогрева ее стенок, что приводит к существенным
энергетическим затратам, а также то, что охлаждение твердого остатка водой производят
в печи, при этом дестабилизируется температурный режим процесса пиролиза.
Известен способ переработки резиновых отходов [2], включающий их пиролиз 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 0,0010,210 мм, а жидкую фазу отделяют вместе с паром и смешивают с 23,0-55,8 % измельченной твердой фазы с получением жидкого топлива.
Недостатками известного способа являются периодичность процесса, низкая эффективность и большая продолжительность процесса пиролиза, связанная с тем, что интенсивный нагрев отходов в реакторе с конденсацией пара будет только на начальной стадии
до 100 °С, а затем процесс нагрева будет замедляться, т.к. пар конденсироваться не будет.
Известен способ термической переработки изношенных шин [3]. Согласно этому способу, осуществляют пиролиз измельченных шин в реакторе при температуре 550-800 °С в
среде восстановительного газа, полученного в генераторе восстановительных газов путем
сжигания газов, содержащих углеводороды, и осуществляют разделение продуктов пиролиза. В способе используют тепловой агрегат. По меньшей мере, часть выходящих из реактора
газообразных продуктов с парами жидких углеводородов подают в генератор восстановительных газов и тепловой агрегат, а, по меньшей мере, часть выходящих из теплового агрегата дымовых газов подают в генератор восстановительных газов и реактор.
Недостатком известного способа является экологическое загрязнение, поскольку в качестве восстановительных газов используют дымовые газы, имеющие сложный химический
состав, включая и кислород, т.е. возможно образование в реакторе токсичных соединений.
Эти газы не могут быть альтернативой перегретому водяному пару.
Наиболее близкими к заявляемому способу переработки резинотехнических отходов
являются способ переработки резиновых отходов и устройство для его реализации, выбранные в качестве прототипа [4]. В известном способе переработку резиновых отходов
ведут путем пиролиза в среде теплоносителя, включающем нагрев реактора до достижения температуры теплоносителя в рабочей камере реактора в диапазоне от 400 до 700 °С,
загрузку резиновых отходов в реактор, теплоизоляцию рабочей камеры реактора, пиролиз
резиновых отходов в среде перегретого водяного пара, разделение продуктов пиролиза на
продукты газообразной фазы (парогазовая смесь) и твердой фракции с дальнейшим отделением от продукта газообразной фазы путем конденсации жидкой фракции продукта, от4
BY 14211 C1 2011.04.30
вод газообразной фазы для использования в процессе пиролиза, слив продукта жидкой фазы и выгрузку твердой фракции. При этом дополнительно осуществляют подачу теплоносителя непосредственно в рабочую камеру реактора, перед загрузкой в реактор резиновые
отходы предварительно помещают на транспортное средство, которое помещают в камеру
загрузки, а после пиролиза - в камеру охлаждения, где охлаждают водой твердую фракцию продукта пиролиза. После чего извлекают транспортное средство из камеры охлаждения для последующей разгрузки. Перед пиролизом дополнительно герметизируют
рабочую камеру реактора, собирают и направляют на конденсацию с последующим разделением их на газообразную и жидкую фазы попавшие в камеры загрузки и охлаждения
продукты пиролиза. Кроме того, теплоноситель подают, по меньшей мере, в одну зону
придонной области рабочей камеры реактора, а в качестве теплоносителя подают пар,
температура которого составляет от 280 до 750 °С.
Недостатком известного способа переработки резиновых отходов являются низкие
экономические показатели. В известном способе тепловая энергия подается в рабочую
камеру через часть поверхности рабочей камеры и дополнительно по трубопроводу подается перегретый пар. Однако передача тепла через стенку корпуса является неэффективной, так как поверхность теплообмена ограничена, и ее нельзя нагревать до высокой
температуры ввиду возможных термических деформаций корпуса при местном перегреве,
передача тепла от стенки корпуса к резиновым отходам также малоэффективна. Что касается дополнительного источника тепла, подаваемого в рабочую камеру в виде перегретого
пара, то пар в данном случае является низкоэффективным источником тепла, так как температурный интервал его (280-750 °С) практически совпадает с температурным интервалом рабочей камеры (400-700 °С), что подтверждается в приведенном примере 1
реализации известного способа, согласно которому в рабочую камеру с температурой
500 °С подается перегретый пар, температура которого также составляет 500 °С и который, как следствие, с этой же температурой и покидает рабочую камеру. Кроме того, в известном способе не используются тепло уходящих из рабочей камеры дымовых газов и
тепло уходящих из реактора продуктов пиролиза.
Известна установка для термической переработки изношенных шин [5], содержащая
реактор, систему отвода образующихся в реакторе газов, подключенный к реактору генератор восстановительных газов, систему подачи в реактор измельченных шин и приемное
устройство для твердого остатка пиролиза. Установка снабжена тепловым агрегатом со
средством вывода дымовых газов, а система отвода образующихся в реакторе газов подключена к генератору восстановительных газов и тепловому) агрегату. Средство вывода
дымовых газов подключено к генератору восстановительных газов и реактору.
Недостатками известной установки являются периодичность ее работы, сложность
при ее эксплуатации из-за большого количества высокотемпературных регулируемых газовых потоков, кроме того, она энергоемка, поскольку процесс пиролиза ведут при высокой температуре.
Известно устройство для переработки отходов [6], включающее реактор с устройством
загрузки исходного сырья и системой трубопроводов, соединяющих реактор с конденсатором и охладителем. Реактор устройства смонтирован в полости нагревательной печи.
Устройство снабжено механизмом подачи в нагревательную печь несконденсировавшегося и выходящего из нагревательной печи газа, выполненным в виде двух замкнутых контуров. Один из контуров состоит из реактора, конденсатора, гидравлического затвора и
насоса в цепочке оборудования возврата несконденсировавшегося газа. Второй контур состоит из нагревательной печи, выходящего из нее трубопровода со входом пара, нагревателя и реактора. Оба контура и система подачи в нагревательную печь природного газа
связаны блоком управления.
Недостатками известного устройства являются периодичность его работы, неэффективный подвод тепла в реактор через его стенку, не предусмотрено охлаждение твердой
фракции пиролиза.
5
BY 14211 C1 2011.04.30
Известна установка для переработки резиновых отходов [7], содержащая тепловой реактор с теплоизолированной рабочей камерой, средство загрузки резиновых отходов и
средство выгрузки твердой фазы продуктов пиролиза, устройство нагрева, средство
накопления и распределения тепловой энергии по поверхности рабочей камеры, средство
непрерывной подачи тепловой энергии в рабочую камеру, средство извлечения газообразной и жидкой фаз из продуктов пиролиза. При этом рабочая камера теплового реактора
выполнена из двух отсеков, которые разделены полостью для перегретого пара, снабженной регулируемым клапаном для подачи перегретого пара попеременно в каждый из отсеков. Средство непрерывной подачи тепловой энергии в рабочую камеру выполнено в виде
парораспределительного коллектора, связанного с полостью для перегретого пара и расположенного в каждом из отсеков. Парораспределительный коллектор состоит из поворотной решетки, внутри которой расположены перфорированные трубы. Каждый из
отсеков рабочей камеры снабжен вращающимся штырьковым ворошителем и средством
загрузки резиновых отходов, включающим бункер, снабженный гидрозатвором, и винтовый транспортер, герметично связывающий бункер с указанными отсеками. Средство выгрузки твердой фазы продуктов пиролиза выполнено в виде винтового транспортера,
герметично связанного на выходе с емкостью охлаждения, установленной за пределами
рабочей камеры, а средство распределения тепловой энергии по поверхности рабочей камеры снабжено полостью для дымовых газов, расположенной по наружному периметру
боковых стенок каждого из отсеков.
Недостатками известной установки являются периодичность процесса в каждом отсеке, недостаточно интенсивный подвод тепла через стенку в рабочую камеру, отсутствие
утилизации тепла дымовых газов и тепла продуктов пиролиза.
В качестве прототипа предлагаемого устройства принято устройство для реализации
способа переработки резиновых отходов путем пиролиза в среде теплоносителя, описанное в вышеуказанном патенте [4]. Устройство для переработки резиновых отходов содержит реактор, имеющий рабочую камеру, камеры загрузки и охлаждения, герметично
изолированные друг от друга, средство загрузки резиновых отходов и средство сбора
твердой фракции, выполненное в виде транспортных тележек, передвигающихся по
направляющим от входа реактора к его выходу, средство извлечения жидкой фракции и
газообразной фазы из продуктов пиролиза, нагревательное устройство. Реактор снабжен
средством накопления и распределения тепловой энергии по поверхности рабочей камеры, расположенным на наружной поверхности корпуса реактора. Устройство дополнительно содержит средство непрерывной подачи тепловой энергии в рабочую камеру
реактора в форме трубопровода, причем входящий в рабочую камеру участок трубопровода снабжен средством равномерного распределения теплоносителя в объеме рабочей
камеры. При этом корпус реактора в зоне рабочей камеры граничит с нагревательным
устройством, а реактор расположен таким образом, что его ось расположена горизонтально. Кроме того, участок трубопровода, входящий в рабочую камеру, содержит не менее
одного отвода, а каждый отвод трубопровода расположен горизонтально в донной части
рабочей камеры и снабжен не менее чем одной парой выпускных отверстий, выполненных
под углом приблизительно 45° по отношению к горизонтальной плоскости и приблизительно 90° по отношению друг к другу. Кроме того, средство подачи охлаждающей среды
выполнено в виде, по меньшей мере, одного распылителя охлаждающей жидкости.
Недостатком указанного устройства являются низкие экономические и экологические
показатели, которые обусловлены самой конструкцией реактора, позволяющей осуществлять процесс пиролиза только в периодическом режиме. Кроме того, не решены вопросы
утилизации тепла дымовых газов и продуктовых потоков, а также утилизации выпара и
стоков из камеры охлаждения, содержащих токсичные вещества.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности, улучшение
экологических показателей и снижение энергоемкости процесса переработки.
6
BY 14211 C1 2011.04.30
Задача решается следующим образом. Известный способ переработки резиновых отходов путем пиролиза в среде теплоносителя включает нагрев рабочей камеры реактора,
загрузку резиновых отходов и перемещение их транспортными тележками в среду теплоносителя, герметизацию рабочей камеры и осуществление пиролиза, разделение продуктов пиролиза на продукты жидкой и твердой фракций и газообразной фазы с отводом
последней для использования в процессе пиролиза, охлаждение твердой фракции водой,
слив жидкой фракции и выгрузку твердой фракции.
Согласно заявляемому способу, перемещение транспортных тележек с резиновыми
отходами осуществляют в шаговом режиме непрерывно от их загрузки до выгрузки твердой фракции, нагрев резиновых отходов в среде теплоносителя осуществляют непрерывно
в две стадии, предварительной - до температуры 150-200 °С и окончательной - в процессе
пиролиза в среде перегретого водяного пара до температуры 450-600 °С, при этом утилизируют тепло дымовых газов, осуществляют непрерывный отвод из рабочей камеры парогазовой смеси и ее двухступенчатую конденсацию с выделением на первой ступени
конденсации безводной жидкой фракции, причем температуру в зоне конденсации поддерживают в пределах 105-115 °С, и с получением на второй ступени конденсации конденсата водяного пара и конденсата парогазовой смеси, не сконденсировавшейся на
первой ступени конденсации; охлаждение твердой фракции осуществляют в раздельных
камерах с получением в одной камере перегретого водяного пара с температурой 150450 °С и его отводом в рабочую камеру реактора и окончательным охлаждением твердой
фракции в другой камере, причем охлаждение твердой фракции ведут в замкнутом цикле
охладителя, а замкнутый цикл охладителя дополнительно включает конденсацию выпара
из другой камеры охлаждения и дожиг несконденсировавшихся газов, причем предварительный нагрев отходов до температуры 150-200 °С осуществляют теплом уходящих дымовых газов в замкнутом цикле теплоносителя, а тепло парогазовой смеси на первой
ступени ее конденсации используют для выработки водяного пара, который направляют
для осуществления процесса пиролиза, для чего используют конденсат, полученный на
второй ступени конденсации.
Известное устройство для переработки резиновых отходов содержит реактор с герметично изолированными друг от друга рабочей камерой, камерой загрузки и камерой охлаждения, транспортные тележки, передвигающиеся по направляющим от входа реактора к
его выходу и заполненные сначала резиновыми отходами, а затем твердой фракцией продуктов пиролиза, средство извлечения жидкой фракции и газообразной фазы из парогазовой смеси, нагревательное устройство, средство непрерывной подачи тепловой энергии в
рабочую камеру реактора и средство охлаждения твердой фракции. Согласно предлагаемому изобретению, реактор выполнен в виде герметичного теплоизолированного туннеля
с направляющими для транспортных тележек, включающего дополнительно введенные
камеру подогрева и шлюзовые камеры, расположенные между всеми вышеупомянутыми
камерами, между которыми и по наружным торцам туннеля установлены герметичные задвижки. Камера подогрева, рабочая камера и камера охлаждения снабжены паровыми завесами, расположенными соответственно со стороны выхода, на входе и выходе и на
входе указанных камер. Рабочая камера дополнительно снабжена внутренним циркуляционным контуром теплоносителя, а средство непрерывной подачи тепловой энергии в рабочую камеру реактора выполнено в виде труб из жаропрочного материала, расположенных
вдоль рабочей камеры, закрепленных герметично по отношению к внутреннему пространству рабочей камеры и связанных дымоходами на входе с нагревательным устройством, а
на выходе с системой утилизации тепла дымовых газов. Система утилизации тепла дымовых газов включает дымоход, проходящий через рекуператоры и связанный на выходе с
дымососом, рекуператор с вентилятором, связанный с воздуховодом подачи нагретого
воздуха в нагревательное устройство, а также циркуляционные контуры с рекуператорами
и вентиляторами, связанные соответственно с камерой загрузки и камерой подогрева,
7
BY 14211 C1 2011.04.30
причем контур камеры подогрева снабжен газопроводом вытяжки газовой среды. Средство
извлечения жидкой фракции и газообразной фазы выполнено в виде двухступенчатой системы конденсации. Первая ступень конденсации содержит конденсатор, связанный паропроводом с сепаратором, последний, в свою очередь, связан с насосом откачки безводной
жидкой фракции и с теплообменником, а через другой паропровод - со второй ступенью
конденсации, при этом первая ступень конденсации дополнительно оснащена испарительным контуром, включающим конденсатор и сепаратор пара, связанный паропроводом
с пароперегревателем, расположенным в дымоходе между нагревательным устройством и
средством непрерывной подачи тепловой энергии в рабочую камеру. Вторая ступень конденсации содержит конденсатор с сепаратором, связанным с вентилятором и газопроводом сброса газообразной фазы в нагревательное устройство, а также с емкостью и насосом
откачки водного конденсата и конденсата парогазовой смеси, не сконденсировавшейся на
первой ступени конденсации. Транспортные тележки выполнены с возможностью перемещения в шаговом режиме непрерывно от их загрузки резиновыми отходами до выгрузки
твердой фракции средствами перемещения в виде цепных таскателей, каждый из которых
состоит из привода, двух звездочек и бесконечной цепи, на горизонтальной оси которой
закреплен с возможностью качания в вертикальной плоскости зацеп с противовесом,
удерживающим его в приподнятом положении. Внутренний циркуляционный контур теплоносителя рабочей камеры включает вентиляторы, ложный потолок, средство непрерывной подачи тепловой энергии и транспортные тележки, причем ложный потолок выполнен
в виде горизонтальной перегородки, установленной в верхней части внутреннего пространства рабочей камеры с зазором относительно ее боковых стенок, в пространстве
между которой и потолком камеры размещены роторы вентиляторов, а в перегородке выполнены всасывающие отверстия вентиляторов и на ней жестко закреплены направляющие перегородки. Средство охлаждения твердой фракции включает в себя емкости с
охладителем и подключенные к ним дозирующие насосы для подачи охладителя на распылители, установленные в шлюзовой камере, расположенной между рабочей камерой и
камерой охлаждения и непосредственно в камере охлаждения, трубопроводы дренажа,
связанные с указанными камерами и емкостями, систему вытяжки выпара из камеры охлаждения, включающую в себя паропровод, конденсатор, сепаратор с патрубками, разделяющий конденсат выпара и несконденсировавшиеся газы, причем патрубок отвода конденсата
связан с емкостями, а патрубок отвода несконденсировавшихся газов через вентилятор и
газопровод связан с нагревательным устройством. Шлюзовая камера, расположенная
между рабочей камерой и камерой охлаждения, связана через обратный клапан с рабочей
камерой для отвода в нее образующегося при охлаждении твердой фракции перегретого
водяного пара.
Вторая ступень кондесации дополнительно оснащена контуром циркуляции охладителя для выработки горячей воды, которая может быть использована потребителем.
К камере охлаждения примыкают камера выгрузки твердой фракции, включающая
средство выгрузки в виде подъемника и желобов с размещенными в них шнеками и разгрузочный бункер, а также площадка разгрузки, а к камере загрузки примыкает площадка
загрузки, причем камера выгрузки твердой фракции и площадки загрузки и выгрузки
оснащены направляющими для транспортных тележек, перемещаемых средствами перемещения.
На фиг. 1 (приведена на двух листах) представлена схема общего вида устройства,
предлагаемого для осуществления заявляемого способа переработки резиновых отходов.
На фиг. 2 (разрез рабочей камеры по A-A) показано расположение вентилятора внутреннего циркуляционного контура теплоносителя рабочей камеры и ложного потолка,
средств непрерывной подачи тепловой энергии и перегретого пара в рабочую камеру,
транспортной тележки с упором и направляющих для ее перемещения.
8
BY 14211 C1 2011.04.30
На фиг. 3 представлена схема средства перемещения транспортных тележек, выполненного в виде цепного таскателя.
Реактор устройства выполнен в виде герметичного теплоизолированного туннеля, состоящего из состыкованных между собой камеры загрузки 1 с задвижкой 2, шлюзовой камеры 3 с задвижками 4 и 5, камеры подогрева 6 с паровой завесой 7, шлюзовой камеры 8 с
задвижками 9 и 10, рабочей камеры 11 с паровыми завесами 12 и 13, шлюзовой камеры 14
с задвижками 15 и 16 и камеры охлаждения 17 с паровой завесой 18 и задвижкой 19. К камере загрузки 1 примыкает площадка загрузки 20, а к камере охлаждения 17 последовательно примыкают камера выгрузки твердой фракции 21 и площадка разгрузки 22. Вдоль
площадки загрузки 20, всего туннеля, камеры выгрузки твердой фракции 21 и площадки
разгрузки 22 проложены направляющие 23 (фиг. 2) для перемещения транспортных тележек 24 (фиг. 1 и 2) средствами перемещения 25 (фиг. 3). Средства перемещения 25 выполнены в виде цепных таскателей, каждый из которых состоит из привода 26, двух звездочек
27 и бесконечной цепи 28, на горизонтальной оси которой закреплен зацеп 29 с противовесом 30. Транспортная тележка 24 оснащена двумя упорами 31 (фиг. 2) для поочередного
зацепления зацепами 29 средства перемещения 25. Рабочая камера 11 (фиг. 1 и 2) снабжена
средствами непрерывной подачи тепловой энергии и перегретого пара, внутренним циркуляционным контуром теплоносителя, паропроводом отвода парогазовой смеси 32 в
средство извлечения жидкой фракции и газообразной фазы. Средство непрерывной подачи тепловой энергии выполнено в виде пучков труб 33 (фиг. 1 и 2) из жаропрочного материала, расположенных вдоль рабочей камеры, закрепленных герметично по отношению к
внутреннему пространству рабочей камеры и связанных на входе дымоходом 34 с нагревательным устройством 35, а на выходе дымоходом 36 с системой утилизации тепла
дымовых газов. Средство непрерывной подачи перегретого пара выполнено в виде трубопроводов 37 (фиг. 1 и 2) с перфорацией в зоне рабочей камеры 11, связанных с пароперегревателем 38, расположенным в дымоходе 34. Внутренний циркуляционный контур
теплоносителя включает вентиляторы 39 (фиг. 1 и 2), роторы которых размещены во
внутреннем пространстве рабочей камеры над ложным потолком, выполненным в виде
установленной в верхней части внутреннего пространства рабочей камеры с зазором относительно ее боковых стенок горизонтальной перегородки 40 (фиг. 2) со всасывающими
отверстиями для вентиляторов и жестко закрепленными направляющими перегородками 41
(фиг. 2). Камера выгрузки твердой фракции 21 включает средство выгрузки в виде подъемника 42, желобов 43 с размещенными в них шнеками 44 и разгрузочный бункер 45. Система утилизации тепла дымовых газов включает дымоход 46, связанный на входе со
средством непрерывной подачи тепловой энергии через дымоход 36, а на выходе с дымососом 47 и проходящий через рекуператоры 48, 49 и 50, вентилятор 51, связанный через рекуператор 48 с воздуховодом 54 подачи нагретого воздуха в нагревательное устройство 35, а
также циркуляционные контуры с вентиляторами 52 и 53 и рекуператорами 49 и 50, связанные соответственно с камерами подогрева 6 и загрузки 1, причем контур камеры подогрева снабжен газопроводом 55 вытяжки газовой среды для ее дальнейшей конденсации.
Средство извлечения жидкой фракции и газообразной фазы выполнено в виде двухступенчатой системы конденсации. Первая ступень конденсации содержит конденсатор 56,
связанный паропроводом 32 с рабочей камерой 11, а паропроводом 57 с сепаратором 58,
последний, в свою очередь, связан с насосом откачки безводной жидкой фракции 59 и с
теплообменником 60, а через паропровод 61 - со второй ступенью конденсации, причем
первая ступень конденсации дополнительно оснащена испарительным контуром для выработки водяного пара, подпитываемым конденсатом, полученным на второй ступени
конденсации и включающим сепаратор пара 62, связанный паропроводом 63 с пароперегревателем 38. Вторая ступень конденсации содержит конденсатор 64 с сепаратором 65,
связанным с вентилятором 66 и газопроводом 67 сброса газообразной фазы в нагревательное устройство 35, а также с емкостью 68 и насосом 69 откачки водного конденсата и
9
BY 14211 C1 2011.04.30
конденсата парогазовой смеси, не сконденсировавшейся на первой ступени конденсации,
и, кроме того, оснащена контуром циркуляции охладителя для выработки горячей воды,
включающим теплообменник 70 и насос 71.
Средство охлаждения твердой фракции включает в себя емкости 72 и 73 с охладителем и подключенные к ним дозирующие насосы 74 для подачи охладителя на распылители 75, установленные в шлюзовой камере 14 и в камере охлаждения 17, трубопроводы
дренажа 76, связанные с указанными камерами и емкостями, систему вытяжки выпара из
камеры охлаждения, включающую в себя паропровод 77, конденсатор 78, сепаратор 79 с
патрубками, разделяющий конденсат и несконденсировавшиеся газы, причем патрубок
отвода конденсата связан с емкостями, а патрубок отвода несконденсировавшихся газов
через вентилятор 80 и газопровод 81 связан с нагревательным устройством 35. Шлюзовая
камера 14 связана паропроводом 82 через обратный клапан с рабочей камерой 11. Нагревательное устройство 35 состоит из горелки 83 и топки (на фигурах не показана) и предназначено для сжигания газообразного или жидкого топлива и дожига несконденсировавшихся
газов с целью обеспечения процесса пиролиза необходимой тепловой энергией.
Устройство оснащено необходимыми контрольно-измерительными приборами и средствами автоматического регулирования технологическим процессом, процессом сжигания
топлива в нагревательном устройстве, перемещением транспортных тележек, средствами
блокировки и др. (на фигурах не показаны), позволяющими работать как в ручном (наладочном), так и в автоматическом режиме, обеспечивая его безопасную эксплуатацию.
Осуществление способа переработки резиновых отходов реализуется следующим образом.
При первоначальном запуске устройства в ручном режиме управления закрывают все
задвижки туннеля 2, 4, 5, 9, 10, 15, 16 и 19, заполняют конденсатом конденсатор 56 и сепаратор 62, а водой конденсатор 64 и теплообменник 70 по их циркуляционному контуру, включают циркуляционный насос 71 и проточные контуры охладителя теплообменников 60, 70 и
78, включают дымосос 47, вентилятор 51, горелку 83 и начинают процесс нагрева. Нагревают рабочую камеру 11 средством непрерывной подачи тепловой энергии 33, в которое
дымовые газы попадают из нагревательного устройства 35 через дымоход 34 и выходят
через дымоход 36 в дымоход 46. Камеры загрузки 1 и подогрева 6 нагревают теплом дымовых газов, проходящих через дымоход 46 с помощью рекуператоров 50 и 49 при включенных вентиляторах 53 и 52. Подаваемый вентилятором 51 воздух нагревается в
рекуператоре 48 и подается через воздуховод 54 в нагревательное устройство 35. При достижении в камере подогрева 6 температуры 120-130 °С осуществляют загрузку транспортных тележек 24 в камеру загрузки 1 и подогрева 6, для чего устанавливают первую
загруженную резиновыми отходами тележку на площадку загрузки 20. Перемещение тележки 24 по направляющим 23 осуществляют таскателем 25, а именно входящим в зацепление с одним из упоров 31 тележки 24 зацепом 29 с противовесом 30. Зацеп 29 совершает
возвратно-поступательные движения с помощью реверсивного привода 26, двух звездочек 27 и бесконечной цепи 28, на горизонтальной оси которой закреплен зацеп 29.
Перемещают тележки в шаговом режиме с одной позиции на следующую на расстояние в
один шаг двумя таскателями 25, сначала одним таскателем на 0,5 шага, затем следующим
еще на 0,5 шага. Для перемещения первой тележки в камеру загрузки 1 открывают задвижку 2, включают привод таскателя 26 площадки загрузки 20, который зацепом 29 за
левый упор 31 тележки затаскивает ее в камеру загрузки 1 на 0,5 шага, одновременно с
включением предыдущего привода включают привод таскателя камеры загрузки 1, который, двигаясь навстречу тележке, входит в зацепление зацепом 29 с правым упором 31 и,
после реверса двигателя привода камеры загрузки 1, перемещает тележку еще на 0,5 шага
на первую позицию в камере загрузки 1. Далее устанавливают вторую загруженную отходами тележку на площадку загрузки 20 и аналогичным образом перемещают ее в камеру
загрузки 1 на первую позицию, при этом вторая тележка протолкнет первую на вторую
позицию в камере загрузки 1. Задвижку 2 закрывают.
10
BY 14211 C1 2011.04.30
Перемещая таким образом тележки, при этом открывая и закрывая соответствующие
задвижки, заполняют ими камеру загрузки 1, шлюзовую камеру 3 и камеру подогрева 6 и,
при закрытых задвижках, осуществляют предварительный нагрев отходов в камерах 1 и 6.
При повышении температуры в камере подогрева 6 до 180-200 °С, а в рабочей камере 11
до 400-450 °С подают пар от стороннего источника на паровые завесы 7 и 18 и через пароперегреватель на трубопроводы 37 и паровые завесы 12 и 13, включают вентиляторы 39
и осуществляют перемещение тележек с отходами вдоль туннеля дальше, заполняя ими
шлюзовую камеру 8 и рабочую камеру 11, причем перемещение осуществляют через
определенный промежуток времени в зависимости от перерабатываемых отходов. Для
рассматриваемого примера при загрузке в тележку 300-450 кг отходов он равен 8-12 мин.
В рабочей камере 11 осуществляется пиролиз в среде перегретого пара при температуре
450-500 °С и давлении 0,002-0,01 МПа в условиях интенсивного подвода тепла к отходам
за счет активного гидродинамического режима парогазовой среды, создаваемого вентиляторами 39 с использованием горизонтальной 40 и направляющих 41 перегородок и радиационного излучения трубных пучков средства непрерывной подачи тепловой энергии 33.
Парогазовая смесь непрерывно отводится из рабочей камеры 11 по паропроводу 32 в конденсатор 56 и далее по паропроводу 57 в сепаратор 58, откуда безводная жидкая фракция
насосом 59 подается для охлаждения в теплообменник 60 и отводится из устройства, а
несконденсировавшаяся парогазовая смесь попадает через паропровод 61 в конденсатор
64 и сепаратор 65, где конденсируются водяной пар и часть жидкой фракции, не сконденсировавшейся на первой ступени конденсации, конденсат отделяется от несконденсировавшихся горючих газов, попадает в емкость 68 и насосом 69 отводится из устройства, а
газообразная фаза из сепаратора 65 вентилятором 66 по газопроводу 67 подается в горелку
83 нагревательного устройства 35 в качестве топлива. При охлаждении парогазовой смеси
в конденсаторе 56 в сепараторе 62 испарительного контура вырабатывается водяной пар,
который попадает по паропроводу 63 в пароперегреватель 38 и далее в трубопроводы 37 и
паровые завесы 12 и 13.
После завершения процесса пиролиза в рабочей камере 11 тележку с твердой фракцией с температурой 450-500 °С перемещают в шлюзовую камеру 14 и при закрытых задвижках 15 и 16 дозировочным насосом 74 из предварительно заполненной емкости 72
подают на распылители 75 с заданной производительностью охладитель для охлаждения
твердой фракции и тележки, при этом образуется перегретый пар, который за счет повышения давления в шлюзовой камере 14 подается по паропроводу с обратным клапаном 82
в рабочую камеру 11 на средство непрерывной подачи тепловой энергии 33.
Охлаждение твердой фракции в шлюзовой камере 14 проводится до тех пор, пока
температура в шлюзовой камере не снизится до 140-120 °С, после чего насос 74 подачи
охладителя в шлюзовую камеру 14 отключается и обратный клапан закрывается. Затем
тележку из шлюзовой камеры 14 перемещают в камеру охлаждения 17 и, при закрытых
задвижках 16 и 19, дозировочным насосом 74 из предварительно заполненной емкости 73
подают на распылители 75 охладитель в объеме, достаточном для окончательного охлаждения твердой фракции. При этом из камеры 17 по паропроводу 77 непрерывно удаляется выпар в конденсатор 78, где осуществляется его конденсация, конденсат из сепаратора
79 попадает в емкость 72, а несконденсировавшиеся газы из сепаратора 79 по газопроводу
81 сбрасываются вентилятором 80 в топку нагревательного устройства 35 для сжигания.
Емкости 72 и 73 связаны между собой, пополняются охладителем по трубопроводам дренажа 76 и системой подпитки. После охлаждения твердой фракции в камере охлаждения 17
тележку перемещают в камеру выгрузки твердой фракции 21, где ее разгружают подъемником 42, при этом твердая фракция попадает в желоба 43, где перемещается и перемешивается шнеками 44, при этом выравнивается ее температура и влажность, и попадает в
разгрузочный бункер 45, из которого она поступает на дробилку и магнитный сепаратор
(на фигурах не показаны) для разделения твердой фракции на кокс и металлический корд.
11
BY 14211 C1 2011.04.30
После выгрузки твердой фракции тележку перемещают на площадку разгрузки 22, с которой ее транспортируют для загрузки отходами.
В автоматическом режиме работы цикл перемещения тележек осуществляется следующим образом. Устанавливают периодичность перемещения тележек. В нашем случае это
8-12 мин. После снятия тележки с площадки разгрузки 22 через установленный период
времени включают привод таскателя камеры выгрузки твердой фракции 21, который зацепом 29 за левый упор 31 тележки затаскивает ее на площадку разгрузки на 0,5 шага, одновременно с включением предыдущего привода включают привод таскателя площадки
разгрузки, который, двигаясь навстречу тележке, входит в зацепление зацепом 29 с правым упором 31 и после реверса двигателя привода площадки разгрузки перемещает тележку еще на 0,5 шага на площадку разгрузки. После этого автоматически открывается
задвижка 19 и согласованной работой приводов таскателей камеры охлаждения 17 и камеры выгрузки твердого остатка 21 ближняя к задвижке 19 тележка из камеры охлаждения
перемещается в камеру выгрузки твердого остатка, и задвижка 19 закрывается, при этом
вторая тележка, оставшаяся в камере охлаждения, переместилась на 0,5 шага. Далее открывается задвижка 16 и согласованной работой приводов таскателей шлюзовой камеры 14 и
камеры охлаждения 17 тележка из шлюзовой камеры перемещается в камеру охлаждения,
проталкивая оставшуюся там тележку еще на 0,5 шага, и задвижка 16 закрывается. Аналогичным образом перемещаются остальные тележки, и цикл перемещения заканчивается
тогда, когда очередная тележка будет установлена в камере загрузки 1 на первую позицию. В данном примере время перемещения тележки с одной позиции на другую, с учетом
времени открывания и закрывания задвижек, равно одной минуте. Следовательно, одновременно по туннелю возможно перемещение двух тележек на удалении друг от друга, но
при этом по обе стороны от рабочей камеры в закрытом положении будут не менее двух
задвижек, что обеспечивает безокислительную атмосферу в рабочей камере.
Конструкция реактора в виде многокамерного туннеля, камеры которого разделены
герметично закрывающимися задвижками, позволяет вести нагрев резиновых отходов в
оптимальном и непрерывном технологическом режиме, а пиролиз осуществлять в среде
бескислородного теплоносителя. Перерабатываемые резиновые отходы, в частности измельченные автомобильные покрышки, имеют достаточно большие размеры и низкий коэффициент теплопроводности, что обуславливает продолжительное время их термической
переработки. Поэтому предварительный нагрев отходов в камерах загрузки 1 и подогрева
6 теплом уходящих дымовых газов не только улучшает энергетические показатели
устройства, но и сокращает время пиролиза отходов в рабочей камере 11. Кроме того,
наличие в туннеле пяти задвижек (2, 4, 5, 9, 10), паровых завес 7 и 12 и газопровода 55
сброса газовой среды из камеры подогрева 6 в конденсатор 64 обеспечивает герметичность рабочей камеры 11 по отношению к атмосферному кислороду со стороны загрузки
при непрерывной работе устройства. Герметичность со стороны выгрузки из рабочей камеры 11 обеспечивают задвижки 15, 16 и 19, паровые завесы 13 и 18 рабочей камеры 11 и
камеры охлаждения 17 соответственно и непрерывный отсос выпара из камеры охлаждения 17 по паропроводу 77 в конденсатор 78.
Решен вопрос глубокой утилизации тепла дымовых газов и продуктовых потоков. Вырабатываемого пара в испарительном контуре первой ступени конденсации и шлюзовой
камере 14 достаточно для осуществления процесса пиролиза в среде перегретого водяного
пара. Это означает, что весь конденсат можно использовать на собственные нужды, на
выработку пара и охлаждение твердой фракции, а наличие замкнутого цикла охладителя в
системе охлаждения твердой фракции продуктов пиролиза позволяет исключить стоки
конденсата из устройства в канализацию.
Двухступенчатая система конденсации парогазовой смеси обеспечивает выделение на
первой ступени безводной жидкой фракции продуктов пиролиза, обеспечивая температуру охлаждающих поверхностей в зоне конденсации в пределах 105-115 °С путем поддержания давления в пределах 0,02-0,07 МПа в сепараторе испарительного контура.
12
BY 14211 C1 2011.04.30
Наличие замкнутых циклов теплоносителя в камерах загрузки 1, подогрева 6 и рабочей камере 11 позволяет интенсифицировать теплообмен теплоносителя с перерабатываемыми отходами и исключить газовые выбросы в атмосферу. Таким образом, улучшены
экологические показатели процесса пиролиза и устройства в целом.
Глубокая утилизация тепла дымовых газов и продуктовых потоков и активный гидродинамический режим при нагреве отходов обеспечивают экономию энергии и повышение
эффективности процесса пиролиза резиновых отходов в целом. При производительности
устройства 2000-2500 кг/ч по весу резиновых отходов в нем дополнительно вырабатывается порядка 1000 кг/ч пара, 20-25 м3/ч горячей воды, 1,8 ГДж тепла дымовых газов используется на предварительный нагрев отходов и подаваемого на горелку 83 воздуха. Пар
от стороннего источника используется для первоначального запуска устройства, а также в
качестве резервного и в целях пожарной безопасности.
Источники информации:
1. Патент RU 2245247 С2, МПК B 29B 17/00, C 08J 11/14, B 29K 21/00, 2004.
2. Патент BY 862 С1, МПК C 08J 11/14, C 10L 1/00, 1993.
3. Патент RU 2269415 С2, МПК B 29B 17/00, C 08J 11/16, B 29K 21/00, 2006.
4. Патент EA 4 393 B1, МПК В 29В 17/00, C 08J 11/04, 2004 (прототип).
5. Патент RU 2269415 С2, МПК B 29B 17/00, C 08J 11/16, B 29K 21/00, 2006.
6. Патент RU 2305032 С1, МПК B 29B 17/00, C 08J 11/04, C 10G 1/10, 2007.
7. Патент BY 3609 U, МПК (2006) B 29B 17/00, C 10B 53/00, 2007.
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
13
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
229 Кб
Теги
by14211, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа