EA031040B1 - Способ получения сажи из резиновых отходов - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к технологии переработки промышленных и бытовых отходов и обеспечивает уменьшение энергетических затрат, снижение вредных выбросов в окружающую среду и повышение качества продуктов переработки отходов. Способ получения сажи из резиновых отходов включает их термическое разложение в реакторе, разделение продуктов разложения на газообразные продукты и углеродный остаток, термическую обработку газообразных продуктов, измельчение углеродного остатка и сжигание газов. Газообразные продукты подвергают термической обработке путем неполного сжигания при коэффициенте избытка воздуха 0,95-1,1, а углеродный остаток измельчают до размеров частиц 0,01-0,03 мм, после чего его путем электростатической сепарации разделяют на обогащенную до массового содержания 30-70% золы фракцию и обогащенную до массового содержания 90-95% углерода фракцию. Обогащенную золой фракцию подвергают газификации с получением генераторного газа и золы, а полученный генераторный газ сжигают совместно с обогащенной углеродом фракцией при коэффициенте избытка воздуха 0,8-1,0.

Description

Изобретение относится к технологии переработки отходов и может быть применено в химической промышленности для производства сажи, а также в резиновой промышленности для получения ингредиентов резиновых смесей.

Известен способ получения сажи из резиновых отходов [1]. Способ включает термическое разложение отходов в реакторе в парогазовой среде, разделение продуктов разложения на парогазовые продукты и твердый углеродный остаток, измельчение углеродного остатка. Из парогазовых продуктов путем конденсации выделяют масло и подвергают его термическому разложению на сажу и газы при температуре 900-2000^oC, а парогазовые продукты после выделения масла сжигают совместно с измельченным углеродным остатком и путем фильтрации из продуктов сгорания выделяют сажу. Сжигание парогазовых продуктов после выделения масла совместно с измельченным углеродным остатком осуществляют при коэффициенте избытка воздуха 0,4-0,9. Предварительно перед измельчением из углеродного остатка путем магнитной сепарации выделяют металл. Г азы термического разложения масла сжигают, а продукты сгорания используют в качестве теплоносителя для внешнего обогрева реактора.

Недостатками данного способа являются высокий удельный расход энергии на производство 1 кг сажи, поскольку значительное количество углеродного остатка сгорает без образования сажи при совместном сжигании с парогазовыми продуктами;

большие выбросы вредных продуктов сгорания в окружающую среду, обусловленные значительным количеством сжигаемых веществ: газов термического разложения масла, парогазовых продуктов, части измельченного углеродного остатка;

низкое качество получаемой сажи, поскольку из-за выгорания части измельченного углеродного остатка содержание углерода в образующейся саже снижается, а содержание золы увеличивается.

Известен также способ получения сажи из резиновых отходов [2]. Согласно данному способу сажу из резиновых отходов получают путем их термического разложения в реакторе, а продукты разложения разделяют на парогазовые продукты и твердый углеродный остаток, измельчают углеродный остаток, выделяют масло из парогазовых продуктов, сжигают парогазовые продукты после выделения масла. При этом масло разделяют на первую фракцию с температурой кипения до 360°C и вторую фракцию с температурой кипения выше 360°C, после чего первую фракцию смешивают с измельченным углеродным остатком при массовом соотношении 1:(0,1-2,0), полученную смесь сжигают и из продуктов сгорания путем механической сепарации в поле центробежных сил выделяют сажу и газы при температуре 8502100°C. Сжигание смеси первой фракции и углеродного остатка осуществляют при коэффициенте избытка воздуха 0,2-0,35, а газы термического разложения второй фракции и продукты сгорания смеси после выделения сажи и золы сжигают совместно с парогазовыми продуктами и полученную тепловую энергию используют для обеспечения термического разложения резиновых отходов в реакторе.

В качестве недостатков данного способа необходимо отметить следующие:

высокий расход энергии на процесс получения сажи, обусловленный необходимостью измельчать твердый остаток, а также разделять масло на первую и вторую фракцию, для чего необходимо осуществлять охлаждение масла путем отвода тепловой энергии в окружающую среду, т.е. данную тепловую энергию невозможно использовать для процесса получения сажи;

значительные выбросы вредных газообразных и твердых продуктов в окружающую среду, обусловленные неполным сгоранием смеси парогазовых продуктов, газов термического разложения второй фракции и продуктов сгорания смеси первой фракции с измельченным углеродным остатком;

низкое качество получаемой сажи из-за выгорания части измельченного углеродного остатка и неполного термического разложения второй фракции, в результате чего повышается содержание летучих углеводородов и золы в получаемой саже.

Из уровня техники известен способ обработки углеродистых материалов при помощи технологии парового термолиза [3]. Способ включает измельчение углеродистых отходов, подачу измельченных углеродистых отходов в реактор, заполненный нагретыми газообразными продуктами (газообразные продукты нагреваются при помощи пара, подводимого в реактор), нагревание измельченных углеродистых материалов до температуры 200-700°C, охлаждение продуктов горения до температуры 200-450°C, вывод паро- или газообразных продуктов горения из реактора, полученных в результате процесса парового термолиза, конденсация этих продуктов, сепарирование полученного конденсата на остаточные углеводороды, содержащие воду, и масло.

Недостатками известного способа являются высокие энергетические затраты на процесс получения сажи из-за необходимости использовать большое количество водяного пара для нагрева продуктов в реакторе до температуры 700°C;

образование отходов в виде воды, в состав которой входят токсичные вещества, включая: капролактам, бензойную кислоту, циклопентанон, фурфуриловый спирт, катехол, фенолы, о-диметоксибензол, рметоксифенол, бензотиазол, а при обработке этой воды в горелке образуются токсичные газообразные соединения в результате неполного сгорания вышеуказанных веществ, которые выбрасываются в атмосферу;.

низкое качество получаемой газовой сажи из-за высокого содержания неорганических составляю

- 1 031040 щих (золы), которые изначально присутствуют в углеродистых отходах и не отделяются в реакторе от образующейся сажи.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является принятый за прототип способ получения сажи из резиновых отходов путем термического разложения в реакторе [4]. Согласно способу после термического разложения производят разделение полученных продуктов на газообразные и углеродный остаток, выделение из газообразных продуктов масла и последующее его термическое разложение. Предварительно перед выделением масла газообразные продукты подвергают термической обработке путем нагрева до 1200-1300^oC, а масло распыляют до размеров капель 0,2-2,0 мм, после чего капли масла смешивают с измельченным до размеров частиц 0,1-1,0 мм углеродным остатком при весовом соотношении 1:(0,05-3,0) и полученную смесь подвергают термическому разложению на сажу и газы, отделяют сажу от газов путем механического разделения, после чего путем электромагнитной сепарации разделяют сажу и золу, а газы сжигают и полученную тепловую энергию используют для обеспечения термической обработки газообразных продуктов, а газообразные продукты после выделения масла сжигают и используют полученную тепловую энергию для обеспечения термического разложения смеси масла и углеродного остатка.

В качестве недостатков прототипа необходимо отметить следующие:

высокий расход энергии на процесс получения сажи, обусловленный необходимостью предварительно перед выделением масла нагревать газообразные продукты до высокой температуры (12001300°C), после чего охлаждать эти продукты для конденсации масла из газообразных продуктов;

высокие выбросы газообразных вредных веществ в окружающую среду, образующиеся при сжигании газообразных продуктов после выделения масла из-за неполного сгорания остаточных углеводородов, содержащихся в данных продуктах;

низкое качество получаемой сажи из-за высокого остаточного содержания золы, которую невозможно полностью удалить из сажи путем электромагнитной сепарации поскольку часть частиц золы и сажи образуют сростки (соединение частиц золы и сажи) и данные сростки при магнитной сепарации отделяются вместе с сажей.

Задачей изобретения является уменьшение энергетических затрат на по-лучение сажи и снижение количества вредных выбросов в окружающую среду, а также повышение качества получаемой сажи из резиновых отходов.

Поставленная задача решена тем, что в способе получения сажи из резиновых отходов, включающем их термическое разложение в реакторе, разделение продуктов разложения на газообразные и углеродный остаток, термическую обработку газообразных продуктов, измельчение углеродного остатка, сжигание газов, согласно изобретению газообразные продукты подвергают термической обработке путем неполного сжигания при коэффициенте избытка воздуха 0,95-1,1, а полученный углеродный остаток измельчают до размеров частиц 0,01-0,03 мм, после чего измельченный углеродный остаток путем электростатической сепарации разделяют на обогащенную до массового содержания 30-70% золы фракцию и обогащенную до массового содержания 90-95% углерода фракцию, обогащенную золой фракцию подвергают газификации с получением генераторного газа и золы, а полученный генераторный газ сжигают совместно с обогащенной углеродом фракцией при коэффициенте избытка воздуха 0,8-1,0.

Для реализации способа газообразные продукты термического разложения резиновых отходов из реактора без предварительного охлаждения при температуре 400-500°C подают в печь и осуществляют неполное сжигание, регулируя подачу воздуха таким образом, чтобы коэффициент избытка воздуха составлял 0,95-1,1, что приводит к неполному сгоранию углеводородов. Известно, что для полного сгорания углеводородов коэффициент избытка воздуха по отношению к теоретически необходимому должен составлять не менее 1,2-1,3.

При недостатке воздуха полностью сгорают легкие углеводороды, которые содержаться в газообразных продуктах и за счет выделяющейся теплоты сгорания развивается высокая температура 1300 1500oC, под действием которой и при недостатке кислорода более тяжелые фракции углеводородов разлагаются с образованием сажи.

Подача воздуха с коэффициентом избытка менее 0,95 приведет к уменьшению количества сгораемых углеводородов, а значит снижению количества выделяющегося тепла и, как следствие, резкому уменьшению температуры. При этом более тяжелые углеводороды не нагреются до необходимой температуры образования высококачественной сажи в интервале 1300-1500°C. В результате этого только некоторая часть тяжелых углеводородов подвергнется термическому разложению с образованием сажи низкого качества. При этом образующаяся сажа будет поглощать неразложившиеся углеводороды, а это означает снижение качества производимой сажи по такому показателю как выход летучих. Следовательно, при снижении коэффициента избытка воздуха будет образовываться сажа низкого качества.

Увеличение коэффициента избытка воздуха выше 1,1 приведет к резкому возрастанию количества сгораемых углеводородов и росту температуры. В этом случае будут полностью сгорать не только легкие углеводороды, но и часть тяжелых углеводородов, что приведет к снижению количества образующейся сажи, а также росту затраты энергии на процесс производства сажи и росту выбросов вредных продуктов сгорания в окружающую среду.

- 2 031040

Известно, что лучшим сырьем для производства сажи, как в плане количественного выхода, так и качественных показателей являются фракции углеводородов с диапазоном кипения 200-400°C, а более легкие фракции с диапазоном кипения до 200°C не являются хорошим сырьем для производства сажи.

Газообразные продукты термического разложения резиновых отходов содержат до 20 мас.% углеводородов с температурой кипения до 200°C, которые являются недостаточно хорошим сырьем для производства сажи. Поэтому данные углеводороды целесообразно подвергнуть сжиганию, а их теплоту сгорания использовать для обеспечения процесса образования сажи из углеводородов с более высокой температурой кипения. В нашем случае это реализуется путем установления режима термического разложения в реакторе резиновых отходов с коэффициента избытка воздуха в диапазоне 0,95-1,1.

Подача газообразных продуктов термического разложения резиновых отходов без предварительного охлаждения в печь позволяет снизить затраты энергии на производство сажи, поскольку отпадает необходимость в нагреве и испарении сырья - продуктов разложения резиновых отходов.

Известно, что сажа образуется только из газообразной фазы углеводородов. Поэтому жидкое сырье для производства сажи предварительно подогревают и распыляют до размеров частиц 10-30 мкм, чтобы достичь быстрого испарения сырья при его подаче в реактор и перевести это сырье в газообразную фазу.

В нашем случае продукты разложения резиновых отходов для получения сажи подают в газообразном состоянии и уже нагретыми, что снижает расход энергии, так как отпадает необходимость в нагреве исходного сырья с целью его испарения.

Получаемый в результате термического разложения резиновых отходов углеродный остаток содержит от 8 до 16 мас.% золы.

Основными компонентами золы в углеродном остатке являются ZnO, SiO₂, Al₂O₃, CaCO₃, окислы железа. При этом содержание ZnO достигает 4,7-5,1 мас.%.

Содержание углерода в остатке составляет 79-83 мас. %, летучих 4-9 мас.% и серы 2,3-2,4 мас.%.

Углеродный остаток с такими показателями не может использоваться для производства резин, поскольку максимальное содержание золы в саже для получения резин не должно превышать 0,45 мас.%. Практически вся зола в углеродном остатке представляет собой неорганические соединения, которые в отличие от частиц углерода являются неэлектропроводными.

Чтобы отделить золу от углерода, необходимо углеродный остаток измельчить. В результате этого измельчения произойдет разделение частиц углерода и частиц золы. Чем до меньшего размера частиц измельчается углеродный остаток, тем большее количество частиц золы и частиц углерода разделяются (разъединяются), поскольку в неизмельченном состоянии частицы золы и частицы углерода соединены в сростки.

Измельчение углеродного остатка до размеров частиц менее 0,01 мм требует повышенного расхода энергии, в результате чего повышаются энергетические затраты на процесс получения сажи. При измельчении до размеров частиц менее 0,01 мм образуется большое количество пылевидной фракции, в которой содержится углерод и неорганические составляющие. Данная фракция может загрязнять атмосферу в процессе дальнейшей переработки измельченного углеродного остатка.

Измельчение углеродного остатка до размеров частиц более 0,03 мм приводит к тому, что большое количество частиц углерода и частиц золы остается в сростках (соединениях), в результате чего при дальнейшем разделении измельченного углеродного остатка на углерод и частицы золы невозможно достигнуть разделения на фракции с преобладающим содержанием углерода и золы.

Измельченный углеродный остаток путем электростатической сепарации разделяют на фракцию с содержанием золы 30-70 мас.%. Поскольку частицы углерода являются электропроводными, а частицы золы не проводят электрический ток, то путем электростатической сепарации смесь таких частиц разделяется на фракцию с высоким содержанием золы и фракцию с высоким содержанием углерода. Полное разделение на фракцию с содержанием золы 100 мас.% и фракцию с содержанием углерода 100 мас.% невозможно потому, что часть золы и частиц углерода представляют собой сростки (сросшиеся частицы золы и частицы углерода).

Разделение на фракцию с содержанием золы менее 30 мас.% означает, что содержание углерода в такой фракции будет составлять более 70 мас.%.

Такая фракция не является качественной сажей, поскольку в стандартной саже содержание золы не должно превышать 0,45 мас.%. Последующая газификация такой фракции приведет к образованию большого количества горючего газа, содержащего водород, оксид углерода, метан и др. При этом расходуется углерод, который реагирует с водяным паром:

Сжигание большого количества генераторного газа приведет к выделению больших количеств тепла, которое полностью не расходуется на процесс термического разложения углеводородов с образованием сажи и это тепло необходимо дополнительно утилизировать. В результате газификации фракции с содержанием золы менее 30 мас.% расходуется углерод и тепловая энергия, что приводит к росту энергетических затрат на процесс получения сажи, выбросу больших количеств продуктов сгорания в окружающую среду и снижению количества получаемой сажи.

Выделение из углеродистого остатка фракции с содержанием золы более 70 мас.% проводит к тому,

- 3 031040 что резко снижается производство генераторного газа из-за низкого содержания углерода (менее 30 мас.%) и данного количества газа недостаточно для обеспечения процесса термического разложения углеводородов с получением сажи.

При этом процесс газификации углеродного остатка с высоким содержанием золы (более 70 мас.%) протекает неустойчиво, т.е. необходим подход дополнительной энергии для реализации такого процесса, что означает рост энергетических затрата на получение сажи.

Таким образом, выделение из углеродного остатка фракции с содержанием золы 30-70 мас.% позволяет снизить энергетические затраты на процесс получения сажи, а также уменьшить вредные выбросы в окружающую среду.

Выделение из углеродного остатка фракции с содержанием углерода менее 90 мас.% приводит к росту количества золы в получаемой саже и снижению ее качества. В этом случае при последующем сжигании такой фракции совместно с генераторным газом, зола (содержание ее более 10 мас.%) попадает в получаемую сажу и повышает ее зольность выше нормативных требований, т.е. производится не качественная сажа.

Выделение из углеродного остатка фракции с содержанием углерода более 95 мас.% приводит к резкому расходу энергии, поскольку в этом случае требуется многостадийная очистка углерода от золы с использованием различных методов (электрической сепарации, флотации, химической обработки).

Таким образом, выделение из углеродного остатка фракции с содержанием углерода 90-95 мас.% позволяет снизить затраты энергии на получение сажи, повысить качество получаемой сажи.

Генераторный газ, полученный путем газификации фракции, обогащенной золой, сжигают совместно с обогащенной углеродом фракцией при коэффициенте избытка воздуха 0,8-1,0. Это позволяет повысить температуру в печи до уровня 1400-1500°C, что необходимо для получения качественной сажи из газообразных продуктов.

Снижение коэффициента избытка воздуха ниже 0,8 приводит к резкому росту несгоревшего генераторного газа, который содержит в своем составе токсичный СО (оксид углерода). Выброс таких продуктов сгорания в окружающую среду приведет к загрязнению ее оксидом углерода. При этом также снизится температура горения, а образующаяся сажа будет иметь низкое качество и низкий выход.

Повышение коэффициента избытка воздуха более 1,0 приведет к резкому росту количества окисляющегося углерода, который содержится в обогащенной углеродом фракции, подаваемой совместно с генераторным газом на сжигание. Это приведет к снижению выхода сажи, т.е. росту удельных затрат энергии на получение сажи, снижению ее качества в результате окисления углерода, а также выбросу токсичного оксида углерода в окружающую среду.

Таким образом, для снижения вредных выбросов в окружающую среду, уменьшению расхода энергии на получение качественной сажи необходимо сжигать генераторный газ совместно с обогащенной углеродом фракцией при коэффициенте избытка воздуха 0,8-1,0.

На чертеже приведена схема установки, на которой реализуют способ получения сажи из резиновых отходов.

Установка содержит бункер 1 с дозатором 2, подключенным к приемному бункеру 3 реактора 4; затворы 5 и 6; двигатель 7, подключенный к шнеку 8; выход 9; емкость 10 с краном 11, подключенным к горелке 12; рубашку 13, дымосос 14, подключенный к дымовой трубе 15; датчик температуры 16;за-твор 17, подключенный к валковой мельнице 18; магнитный сепаратор 19 с подключенным накопителем 20; мельницу 21с классификатором 22; электростатический сепаратор 23; шнековый транспортер 24; вращающиеся барабаны 25; противостоящий электрод 26; приемники 27 и 28; датчики электропроводности 29 и 30; газогенератор 31с накопителем золы 32; питатели 33 и 34, подключенные к горелкам 35 и 36; краны 38 и 39; компрессоры 40 и 41; краны 42 и 43; кран 44, подключенный к горелке 45; печь 46; компрессор 47 с краном 48; емкость с водой 49, подключенная к форсунке 50; датчик температуры 51; циклон 52; кран 53; датчик температуры 54; фильтр 55 с краном 56; накопитель 57, подключенный к вентилятору 58; склад 59.

Согласно изобретения получение сажи из резиновых отходов осуществляют следующим образом.

Из бункера 1 через дозатор 2 в приемный бункер 3 реактора 4 при открытом затворе 5 и закрытом затворе 6 подают порцию измельченных резиновых отходов. После этого закрывают затвор 5, а затвор 6 открывают и отходы под действием собственного веса проваливаются в реактор 4.

После этого затвор 6 закрывают, а затвор 5 открывают и подают новую порцию отходов. Таким образом, порционно подают резиновые отходы в реактор, осуществляя манипуляции затворами 5 и 6 для предотвращения попадания воздуха в реактор 4 и возгорания отходов в нем.

С помощью двигателя 7 приводят во вращение шнек 8, который начинает перемещать отходы вдоль реактора 4 к его выходу 9. Из емкости 10 через кран 11 с заданным расходом в горелку 12 подают жидкое топливо и сжигают его, а продукты сгорания топлива подают в рубашку реактора 13. Из рубашки 1 3 с помощью дымососа 14 продукты сгорания выводят в дымовую трубу 15.

Протекая по рубашке 13 высокотемпературные (температура 1000-1200°C) продукты сгорания нагревают стенки реактора 4, а сами охлаждаются.

Перемещаемые с помощью шнека 8 резиновые отходы контактируют с нагретыми стенками реак

- 4 031040 тора и нагреваются до заданной температуры, которую контролируют по показаниям датчика температуры 16. При этом заданную температуру нагрева отходов поддерживают путем изменения скорости перемещения отходов вдоль реактора от входа к выходу (путем изменения числа оборотов шнека 8), а также путем изменения количества сжигаемого топлива в горелке 12.

Известно, что процесс термического разложения резины начинается при температуре 250-280°C и завершается при температуре 400-500°C. Поэтому конечную температуру нагрева отходов поддерживают в пределах 400-500°C.

В результате нагрева резиновых отходов протекает их термическое разложение с образованием газообразных продуктов и углеродного остатка.

Углеродный остаток через выход 9 под действием вращающегося шнека выгружается в затвор 17, с помощью которого углеродный остаток подают в валковую мельницу 18 и осуществляют его размол. В результате размола происходит отделение металлического корда от углеродного остатка. Из валковой мельницы углеродный остаток вместе с металлическим кордом подают в магнитный сепаратор 19, в котором отделяют металлический корд и подают его в накопитель 20, а углеродный остаток уже без металлического корда подают в мельницу 21 с классификатором 22. Измельчают углеродный остаток до размеров частиц 0,01-0,03 мм, которые с помощью классификатора 22 из мельницы 21 выводят в электростатический сепаратор 23. Крупные частицы углеродного остатка, которые не прошли через классификатор 22, с помощью шне-кового транспортера 24 возвращают на вход мельницы 21 для повторного измельчения.

В электростатическом сепараторе углеродный остаток разделяют на обогащенную до массового содержания 30-70% золы фракцию и обогащенную до массового содержания 90-95% углерода фракцию.

В электростатическом сепараторе углеродный остаток (частицы углерода и золы) поступает на вращающиеся барабаны 25, которые являются одним из электродов электрической системы. Электрическое поле создается за счет противостоящего электрода 26, соединенного с источником высокого напряжения, в то время как барабан и загрузочное устройство заземлены. При соприкосновении с барабанами 25 частицы золы заряжаются отрицательно, при падении отклоняются к противостоящему электроду 26 и собираются в приемник 27, а частицы углерода собираются в приемник 28.

Массовое содержание золы 30-70% контролируют с помощью датчика электропроводности 29, установленного в приемнике 27, а массовое содержание углерода 90-95% контролируют с помощью датчика электропроводности 30, установленного в приемнике 28. Известно, что электропроводность смеси проводящих и непроводящих электрический ток частиц зависит от концентрации последних в смеси. Поэтому датчик 29 прокалиброван на определение концентрации золы в смеси в зависимости от электропроводности данной смеси, а датчик 30 прокалиброван на содержание углерода в смеси в зависимости от электропроводности смеси.

Путем изменения скорости вращения барабанов 25, а также величины высокого напряжения регулируют разделение углеродного остатка на обогащенную до массового содержания 30-70% золы фракцию и обогащенную до массового содержания 90-95% углерода фракцию.

Из приемника 27 фракцию с содержанием золы 30-70 мас.% подают в газогенератор 31 и подвергают газификации с получением золы и генераторного газа.

Поскольку данная фракция имеет микронные размеры частиц золы и углерода, то для ее газификации используют газогенератор Копперс-Тотцека, который обычно используют для газификации отходов обогащения угля. Для осуществления процесса газификации в газогенератор подают воду из емкости 49 и воздух от компрессора 40. В газогенераторе образуется горючий газ, который в основном содержит водород (по объему 20-30%, оксид углерода - 50-59%, метан и др.) и золу, в состав которой входят оксиды цинка, кремния, железа и другие неорганические соединения. Образующуюся золу из газогенератора 31 выгружают в накопитель 32. Зола содержит до 25-35 мас.% оксида цинка и представляет собой ценное сырье для получения цинка.

Из приемника 28 фракцию с содержанием углерода 90-95% с помощью питателей 33 и 34 (шнековых, или иного типа) подают в горелки 35 и 36 с заданным расходом, который регулируют с помощью питателей. Одновременно, в горелки 35 и 36 от газогенератора 31 посредством распределителя 37, краны 38 и 39 с заданным расходом подают генераторный газ. Также одновременно с помощью компрессоров 40 и 41, регулируя расход кранами 42 и 43, в горелки 35 и 36 с заданным расходом подают воздух. При этом расход воздуха регулируют и устанавливают коэффициент избытка воздуха в пределах 0,8-1,0.

В результате подачи воздуха образуется горючая смесь (генераторный газ и частицы углерода), которую сжигают. Г енераторный газ благодаря высокому содержанию водорода горит коротким пламенем с очень быстрым ростом температуры от оси факела к фронту пламени. Это обеспечивает высокую скорость нагрева газообразных продуктов и, следовательно, высокую скорость образования зародышей сажевых частиц, что приводит к получению качественной высокодисперсной сажи.

Образующиеся газообразные продукты термического разложения из реактора 4 через кран 44 с заданным расходом подают в горелку 45, установленную в печи 46. Одновременно с помощью компрессора 47 через кран 48 в горелку 45 подают воздух, расход которого регулируют с помощью крана 48 и устанавливают коэффициент избытка воздуха 0,95-1,1. В результате, образуется горючая смесь и протекает

- 5 031040 неполное сгорание газообразных продуктов с образованием сажи и газов и виде потока смесь частиц сажи и газов протекает по печи к выходу из нее.

Из емкости с водой 49 через форсунку 50 в печь распыляют воду и охлаждают газовый поток до температуры 600-700°C, что контролируют по показаниям датчика температуры 51. Охлажденный газовый поток далее подают в циклон 52, куда из емкости 49 через кран 53 с заданным расходом распыляют воду, в результате чего поток охлаждается до температуры 50-60°C, что контролируют по показаниям датчика температуры 54. Затем охлажденный поток подают в фильтр 55, где отделяют сажу от газов. Газы через кран 56 подают на сжигание в горелку 12 и сжигают, что позволяет прекратить подачу топлива в горелку 12 из емкости 10. Сажу из фильтра 55 направляют в накопитель 57, из которого с помощью вентилятора 58 его подают на склад 59. Осевшую в циклоне 52 золу, также содержащую оксид цинка, направляют в накопитель 32.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Из бункера 1 через дозатор 2 в приемный бункер 3 реактора 4 при открытом затворе 5 и закрытом затворе 6 подают порцию измельченных до размеров 50 мм х 30 мм х 50 мм резиновых отходов в количестве 50 кг. В исходных резиновых отходах содержится металлический корд в количестве 10 мас.%. После этого закрывают затвор 5, а затвор 6 открывают и отходы под действием собственного веса поступают в реактор 4. После этого затвор 6 закрывают, а затвор 5 открывают и подают новую порцию отходов. Таким образом, порционно по 50 кг подают резиновые отходы в реактор с частотой 20 раз в час, осуществляя манипуляции затворами 5 и 6 для предотвращения попадания воздуха в реактор 4 и возгорания отходов в нем. Это означает, что производительность установки по отходам составляет 1000 кг/ч.

Двигателем 7 приводят во вращение шнек 8 со скоростью 4 об/мин и начинают перемещать отходы вдоль реактора 4 к его выходу 9. Скорости вращения шнека задают такой, чтобы отходы от загрузки до выгрузки перемещались по реактору 4 в течение 20 мин, что достаточно для нагрева и термического разложения резиновой составляющей отходов.

Из емкости 10 через кран 11с расходом 90 кг/ч в горелку 12 подают жидкое топливо и сжигают его, а продукты сгорания топлива подают в рубашку реактора 13. Топливо имеет удельную теплоту сгорания 40 МДж/кг и при его сжигании образуется 1260 кг/ч продуктов сгорания с температурой 1200°C. Из рубашки 13 с помощью дымососа 14 продукты сгорания выводят в дымовую трубу 15. Протекая по рубашке 13, высокотемпературные продукты сгорания нагревают стенки реактора 4 и при этом охлаждаются до температуры 200°C.

Перемещаемые с помощью шнека 8 резиновые отходы контактируют с нагретыми станками реактора и нагреваются до заданной температуры 400°C, которую контролируют по показаниям датчика температуры 16. При этом заданную температуру нагрева отходов 400°C поддерживают путем изменения скорости перемещения отходов вдоль реактора от входа к выходу (путем изменения числа оборотов шнека 8), а также изменением количества сжигаемого топлива в горелке 12.

В результате нагрева резиновых отходов протекает реакция термического разложения с образованием газообразных продуктов и углеродного остатка. В нашем случае образуется 40 мас.% газообразных продуктов сгорания при температуре 400°C и 60 мас.% углеродного остатка, т.е. 400 кг/ч газообразных продуктов и 600 кг/ч углеродного остатка, который содержит 100 кг металлического корда.

Углеродный остаток через выход 9 под действием вращающегося шнека с расходом 600 кг/ч выгружают в затвор 17, с помощью которого углеродный остаток подают в валковую мельницу 18 и осуществляют его размол. В результате размола происходит отделение металлического корда от углеродного остатка. Из валковой мельницы углеродный остаток вместе с металлическим кордом с расходом 600 кг/ч подают в магнитный сепаратор 19, в котором отделяют 100 кг/ч металлического корда и подают его в накопитель 20, а углеродный остаток без металлического корда с расходом 500 кг/ч подают в мельницу 21с классификатором 22. Измельчают углеродный остаток до размеров частиц 0,01 мм, которые с помощью классификатора 22 из мельницы 21 выводят в электростатический сепаратор 23. Крупные частицы углеродного остатка, которые не прошли через классификатор 22, с помощью шнекового транспортера 24, возвращают на вход мельницы 21 для повторного измельчения.

В электростатическом сепараторе углеродный остаток разделяют на обогащенную до массового содержания 30% золы фракцию и обогащенную до массового содержания 90% углерода фракцию.

В нашем случае исходное содержание золы в углеродном остатке составляет 14 мас.%. Поэтому в 500 кг углеродного остатка содержится 70 кг золы, остатка оксида цинка (5 мас.%) составляет 25 кг.

Полное отделение золы от углеродного остатка в электростатическом сепараторе не представляется возможным из-за сростков электропроводных частиц углерода с неэлектропроводными частицам золы, которые возможно разрушить только при очень тонком размоле углеродного остатка (менее 0,005 мм), что требует высокого расхода энергии и в дальнейшем при работе электростатического сепаратора будет нарушать его работоспособность, отлагаясь в виде тонкой пыли на рабочих органах сепаратора. Данные сростки в электромагнитном сепараторе будут частично отделяться совместно с одной и с другой фракцией в зависимости от массового содержания в сростке углерода и золы. При преобладающем содержании золы сростки будут отделяться с обогащенной золой фракцией, а при преобладании углерода срост

- 6 031040 ки будут отделяться с обогащенной углеродом фракцией.

В нашем случае отделяется 70 мас.% золы совместно с обогащенной золой фракцией. Это составит величину 49 кг/ч при содержании золы 70 кг в 500 кг исходного углеродного остатка. При содержании золы 30 мас.% в электростатическом сепараторе будет выделяться обогащенная золой фракция в количестве 163 кг/ч, следовательно, содержание углерода в этой фракции составит 70 мас.%. т.е. будет отделяться углерода 163 кг/ч - 49 кг/ч = 114 кг /ч.

В электростатическом сепараторе углеродный остаток частицы углерода и золы поступает на вращающиеся барабаны 25, которые являются одним из электродов электрической системы. Электрическое поле создается за счет противостоящего электрода 26, соединенного с источником высокого напряжения, в то время как барабан и загрузочное устройство заземлены.

При соприкосновении с барабанами 25 частицы золы заряжаются отрицательно, при падении отклоняются к противостоящему электроду 26 и собираются в приемник 27, а частицы углерода собираются в приемник 28.

Массовое содержание золы контролируют с помощью датчика электропроводности 29, установленного в приемнике 27. При этом настраивают частоту вращения барабанов 25 и величину напряжения электрического поля таким образом, чтобы обогащенная золой фракция содержала 30 мас.% золы.

Массовое содержание углерода 90% контролируют с помощью датчика электропроводности 30, установленного в приемнике 28. В этом случае содержание золы в обогащенной углеродом фракции составляет 10 мас.%.

Для нашего случая при разделении 500 кг/ч углеродного остатка будет накапливаться 500 кг/ч - 163 кг/ч = 337 кг/ч обогащенной углеродом фракции, в которой будет содержаться 10 мас.% золы, т.е. 33,7 кг и (337-33,7) кг = 303,3 кг углерода.

Из приемника 27 фракцию с содержанием золы 30 мас.% с расходом 163 кг/ч подают в газогенератор 31 и подвергают газификации с получением золы и генераторного газа.

Газификация такой фракции приведет к образованию горючего газа, содержащего водород, оксид углерода, метан и др. При этом расходуется углерод, который реагирует с водяным паром. Из соотношения (1) следует, что на 1 кг-моль углерода (12 кг/кг-моль) расходуется 1 кг-моль водяного пара (18 кг/кгмоль). При этом образуется 28 кг CO и 2 кг H₂. Удельная теплота сгорания такого газа будет равна 17408 кДж/кг. При газификации в нашем случае 114 кг/ч углерода образуется горючего генераторного газа 285 кг/ч, что следует из соотношения (1). При этом в газогенераторе выделится зола в количестве 163 кг/ч х 0,3 = 49 кг.

В этой золе содержится оксид цинка в количестве 17,5 кг, что в процентном отношении составит (17,5 кг/49 кг) х 100% = 35,7%. Таким образом, данная зола представляет высокосортное сырье для получения оксида цинка.

В сульфидных полиметаллических рудах содержание цинка обычно составляет 1-3%. Эти руды имеют сложный состав. Все это обусловливает необходимость проведения предварительного обогащения руд по селективной схеме с получением нескольких концентратов (цинкового, медного, свинцового, пиритного). В нашем случае в золе содержится цинка до 28 мас.%, что существенно (примерно в 9-28 раз) выше, чем в цинксодержащих рудах.

Для газификации обогащенной золой фракции в газогенератор из емкости 49 подают воду с расходом 171 кг/ч. Данная вода испаряется и образуется водяной пар, необходимый для протекания реакции (1). От компрессора 40 подают воздух с расходом 230 кг/ч, который расходуется на горение части углерода (в нашем случае 20 мас.%, т.е. 23 кг/ч) и обеспечения теплом реакции газификации.

Образующуюся золу из газогенератора 31с расходом 49 кг/ч выгружают в накопитель 32, а из приемника 28 фракцию с содержанием углерода 90 мас.% с помощью питателей 33 и 34 (шнековых, или иного типа) подают в горелки 35 и 36 с расходом 337 кг/ч (по 168,5 кг/ч в каждую горелку), который регулируют с помощью питателей.

Одновременно в горелки 35 и 36 от газогенератора 31через распределитель 37, краны 38 и 39 с расходом 285 кг/ч подают генераторный газ (по 142,5 кг/ч в каждую горелку), а с помощью компрессоров 40 и 41, регулируя расход кранами 42 и 43, в горелки 35 и 36 подают воздух с заданным расходом 1140 кг/ч в каждую горелку.

Для полного сгорания генераторного газа с удельной теплотой сгорания 17408 кДж/кг необходимый теоретический расход воздуха составляет 8 кг воздуха на 1 кг генераторного газа. Для установления коэффициента избытка воздуха 0,8 с помощью кранов 42, 43 и горелок 35, 36 подают воздух с расходом (1140 кг/ч х 0,8) = 912 кг/ч в каждую горелку.

При горении генераторного газа находящиеся в нем частицы обогащенной углеродом фракции нагреваются до высокой температуры (около 1200-1300°), в результате чего происходит разрушение остаточных сростков частиц углерода и золы, которые попали в данную фракцию при обработке углеродного остатка в электростатическом сепараторе. Таким образом, частицы углерода (сажи) отделяются от частиц золы. Поскольку удельный вес частиц сажи значительно (в 2-3 раза) меньше удельного веса частиц золы, то частицы зоны легко отделяются от сажи при последующих стадиях ее очистки в фильтрах. Например,

- 7 031040 удельный вес оксида цинка 5700 кг/м³, удельный вес оксида кремния 2650 кг/м³, удельный вес Fc₂O₃, 5240 кг/м³, а удельный сажи ( технического углерода) 1950 кг/м³.

Образующиеся газообразные продукты термического разложения из реактора 4 через кран 44 с расходом 400 кг/ч подают в горелку 45, установленную в печи 46. Газообразные продукты термического разложения резиновых отходов имеют удельную теплоту сгорания 40 000 кДж/кг. При этом эти продукты содержат в своем составе легкие углеводороды с температурой кипения до 200°C в количестве 20 мас.%. Для полного сжигания 1 кг таких продуктов теоретический необходимый расход воздуха составляет 14 кг. В нашем случае полностью сгорают легкие углеводороды в количестве 400 кг/ч х 0,2 = 80 кг/ч. Поэтому для полного сгорания 80 кг/ч легких углеводородов необходим расход воздуха составляет 80 кг/ч х 14 кг/кг = 1120 кг/ч, который с помощью компрессора 47 через кран 48 подают в горелку 45, а расход регулируют с помощью крана 48 и тем самым устанавливают коэффициент избытка воздуха 0,95, т.е. расход воздуха составляет 1120 кг/ч х 0, 95 = 1064 кг/ч.

В результате образуется горючая смесь и протекает неполное сгорание газообразных продуктов с образованием сажи и газов, которые в виде потока смеси частиц сажи с газами протекают по печи к выходу из нее, при этом индекс корреляции газообразных продуктов составляет 80 и поэтому выход сажи не превышает 35 мас.%. Поэтому часть газообразных продуктов (80 кг/ч) сгорает, а остальные 320 кг/ч разлагаются с образованием сажи в количестве 35 мас.%, т.е. 320 кг/ч х 0,35 = 112 кг/ч. Образуются также горючие газы в количестве 320 кг/ч - 112 кг/ч= 208 кг/ч с удельной теплотой сгорания 3000 кДж/кг. Количество данных газов составит 285 кг/ч + 912 кг/ч + 912 кг/ч + 80 кг/ч + 1064 кг/ч + 208 кг/ч = 3461 кг/ч.

Из емкости с водой 49 через форсунку 50 в печь распыляют воду и охлаждают газовый поток до температуры 600-700°C, что контролируют по показаниям датчика температуры 51. Охлажденный газовый поток далее подают в циклон 52, куда из емкости 49 через кран 53 распыляют воду, в результате чего поток охлаждается до температуры 50-60°C, что контролируют по показаниям датчика температуры 54. Затем охлажденный поток подают в фильтр 55, где отделяют сажу от газов.

В нашем случае образуется следующее количество сажи:

112 кг/ч выделяется из газообразных продуктов;

303,3 кг/ч выделяется из обогащенного углеродом остатка, что в сумме составляет 415,3 кг/ч.

Полученная сажа содержит золу в количестве не более 0,45 мас.%, что является допустимым по требованиям соответствующих стандартов. Это достигается благодаря низкой зольности исходных газообразных продуктов, а также по причине того, что из обогащенного углеродного остатка удаляется зола в циклоне 52, которая входила в сростки с углеродом.

Газы через кран 56 с расходом 3461 кг/ч подают на сжигание в горелку 12 и сжигают, что позволяет прекратить подачу топлива в горелку 12 из емкости 10. Сажу из фильтра 55 с расходом 415,3 кг/ч направляют в накопитель 57, из которого с помощью вентилятора 58 его подают на склад 59. Осевшую в циклоне 52 золу, также содержащую оксид цинка, направляют в накопитель 32.

Пример 2.

Аналогично, как и в первом примере, измельченные до размеров 50 мм х 30 мм х 50 мм резиновые отходы порционно в количестве 25 кг в одной порции загружают в реактор с частотой 20 раз в час, при этом осуществляют манипуляцию затворами 5 и 6 для предотвращения попадания воздуха в реактор 4 и возгорания отходов в нем. Производительность по отходам составляет 500 кг/ч. Исходные резиновые отходы содержат металлический корд в количестве 12 мас.%.

Двигателем 7 приводят во вращение шнек 8 со скоростью 3 об/мин, который перемещает отходы вдоль реактора 4 к его выходу 9. При такой скорости вращения шнека отходы от загрузки до выгрузки перемещаются по реактору 4 в течение 25 мин, что достаточно для нагрева и термического разложения резиновой составляющей отходов.

Из емкости 10 через кран 11 с расходом 60 кг/ч в горелку 12 подают жидкое топливо и сжигают его, а продукты сгорания топлива подают в рубашку реактора 13. Топливо имеет удельную теплоту сгорания 40 МДж/кг и при сжигании такого топлива образуется 840 кг/ч продуктов сгорания с температурой 1200°C. Из рубашки 13 с помощью дымососа 14 продукты сгорания выводят в дымовую трубу 15.

Протекая по рубашке 13, высокотемпературные продукты сгорания нагревают стенки реактора 4, а сами охлаждаются до температуры 200°C.

Перемещаемые с помощью шнека 8 резиновые отходы контактируют с нагретыми стенками реактора и нагреваются до заданной температуры 500°C, которую контролируют по показаниям датчика температуры 16. При этом заданную температуру нагрева отходов 500°C поддерживают путем изменения скорости перемещения отходов вдоль реактора от входа к выходу (путем изменения числа оборотов шнека 8), а также путем изменения количества сжигаемого топлива в горелке 12.

В результате нагрева резиновых отходов протекает их термическое разложение с образованием газообразных продуктов и углеродного остатка. В нашем случае образуется 35 мас.% газообразных продуктов сгорания при температуре 500°C и 65 мас.% углеродного остатка, т.е. 175 кг/ч газообразных продуктов и 325 кг/ч углеродного остатка, который содержит 60 кг металлического корда.

- 8 031040

Углеродный остаток через выход 9 под действием вращающегося шнека с расходом 325 кг/ч выгружают в затвор 17, с помощью которого углеродный остаток подают в валковую мельницу 18 и осуществляют размол его. В результате этого размола происходит отделение металлического корда от углеродного остатка. Из валковой мельницы углеродный остаток вместе с металлическим кордом с расходом 325 кг/ч подают в магнитный сепаратор 19, в котором отделяют 60 кг/ч металлического корда и подают его в накопитель 20, а углеродный остаток без металлического корда с расходом 265 кг/ч подают в мельницу 21с классификатором 22. Измельчают углеродный остаток до размеров частиц 0,03 мм, которые с помощью классификатора 22 из мельницы 21 выводят в электростатический сепаратор 23. Крупные частицы углеродного остатка, которые не прошли через классификатор 22, с помощью шнекового транспортера 24 возвращают на вход мельницы 21 для повторного измельчения.

В электростатическом сепараторе углеродный остаток разделяют на обогащенную до массового содержания 70% золы фракцию и обогащенную до массового содержания 95% углерода фракцию.

В нашем случае исходное содержание золы в углеродном остатке составляет 12 мас.%. Поэтому в 265 кг углеродного остатка содержится 32 кг золы. Содержание в 325 кг углеродного остатка оксида цинка (содержание в углеродном остатке составляет 5 мас.%) составляет 16,3 кг.

Полное отделение золы от углеродного остатка в электростатическом сепараторе не представляется возможным из-за сростков электропроводных частиц углерода с неэлектропроводными частицам золы, которые возможно разрушить только при очень тонком размоле углеродного остатка (менее 0,005 мм), что требует высокого расхода энергии и в дальнейшем при работе электростатического сепаратора будет нарушать его работоспособность, отлагаясь в виде тонкой пыли на рабочих органах сепаратора. Сростки в электромагнитном сепараторе будут частично отделяться совместно с одной и с другой фракцией в зависимости от массового содержания в них углерода и золы. При преобладающем содержании золы сростки будут отделяться с обогащенной золой фракцией, а при преобладании углерода сростки будут отделяться с обогащенной углеродом фракцией.

В данном примере отделяется 80 мас.% золы совместно с обогащенной золой фракцией, что составит величину 25,6 кг/ч при содержании золы 32 кг в 265 кг исходного углеродного остатка. При содержании золы 70 мас.% в электростатическом сепараторе будет выделяться обогащенная золой фракция в количестве 36,6 кг/ч, а содержание углерода в этой фракции составит 30 мас.%, т.е. будет отделяться углерода 36,6 кг/ч - 25,6 кг/ч = 11 кг/ч.

При соприкосновении с барабанами 25 частицы золы заряжаются отрицательно, при падении отклоняются к противостоящему электроду 26 и собираются в приемник 27, а частицы углерода собираются в приемник 28. Массовое содержание золы 70% контролируют с помощью датчика электропроводности 29, установленного в приемнике 27. При этом настраивают частоту вращения барабанов 25 и величину напряжения электрического поля таким образом, чтобы обогащенная золой фракция содержала 70 мас.% золы. Массовое содержание углерода 95% контролируют с помощью датчика электропроводности 30, установленного в приемнике 28. В этом случае содержание золы в обогащенной углеродом фракции составляет 5 мас.%.

Для нашего случая при разделении 265 кг/ч углеродного остатка будет накапливаться 265 кг/ч - 36,6 кг/ч = 228,4 кг/ч обогащенной углеродом фракции, в которой будет содержаться 5 мас.% золы, т.е. 11,4 кг и (228,4 кг-11, 4) кг = 217 кг углерода.

Из приемника 27 фракцию с содержанием золы 70 мас.% с расходом 36,6 кг/ч подают в газогенератор 31 и подвергают газификации с получением золы и генераторного газа. Г азификация такой фракции приведет к образованию горючего газа, содержащего водород, оксид углерода, метан и др. При этом расходуется углерод, который реагирует с водяным паром. Из соотношения (1) следует, что на 1 кг- моль углерода (12 кг/кг-моль) расходуется 1 кг-моль водяного пара (18 кг/кг-моль). При этом образуется 28кг CO и 2кг H₂. Удельная теплота сгорания такого газа будет равна 17408 кДж/кг. При газификации в нашем случае 11 кг/ч углерода образуется горючего генераторного газа 27,5 кг/ч, что следует из соотношения (1). При этом в газогенераторе выделится зола в количестве 36,6 кг/ч х 0,7 = 25,6 кг. В этой золе содержится оксид цинка в количестве 1 Зкг, что в процентном отношении составит (13 кг/36,6 кг) х 100% = 35,5%, а полученная зола представляет высокосортное сырье для получения оксида цинка.

Для газификации обогащенной золой фракции в газогенератор из емкости 49 подают воду с расходом 16 кг/ч и воздух от компрессора 40 с расходом 2 кг/ч. Воздух расходуется на горение части углерода (в нашем случае 20 мас.%, т.е. 2 кг/ч) и обеспечения теплом реакции газификации. Вода испаряется и образует водяной пар, который необходим для протекания реакции (1). Образующуюся золу из газогенератора 31с расходом 25,6 кг/ч выгружают в накопитель 32.

Из приемника 28 фракцию с содержанием углерода 95 мас.% с помощью питателей 33 и 34 (шнековых, или иного типа) подают в горелки 35 и 36 с расходом 228,4 кг/ч (по 114,2 кг/ч в каждую горелку), который регулируют с помощью питателей. Одновременно в горелки 35 и 36 от газогенератора 31 через распределительные краны 38 и 39 с расходом 27 кг/ч подают генераторный газ (по 13,5 кг/ч в каждую горелку), при этом также с помощью компрессоров 40 и 41, регулируя расход кранами 42 и 43, в горелки 35 и 36 с заданным расходом 108 кг/ч в каждую горелку подают воздух.

- 9 031040

Для полного сгорания генераторного газа с удельной теплотой сгорания 17408 кДж/кг необходимый теоретический расход воздуха составляет 8 кг воздуха на 1 кг генераторного газа. Для установления коэффициента избытка воздуха 1,0 с помощью кранов 42 и 43 в горелки 35 и 36 подают воздух с расходом (108 кг/ч х 1,0) = 108 кг/ч в каждую горелку.

При горении генераторного газа находящиеся в нем частицы обогащенной углеродом фракции нагреваются до температуры около 1200-1300°, в результате чего происходит разрушение остаточных сростков частиц углерода и золы, которые попали в данную фракцию при обработке углеродного остатка в электростатическом сепараторе. Таким образом, частицы углерода (сажи) отделяются от частиц золы, поскольку удельный вес частиц сажи значительно (в 2-3 раза) меньше удельного веса частиц золы, то данные частицы золы легко отделяются от сажи при последующих стадиях ее очистки в фильтрах. Образующиеся газообразные продукты термического разложения из реактора 4 через кран 44 с расходом 175 кг/ч подают в горелку 45, установленную в печи 46. Газообразные продукты термического разложения резиновых отходов имеют удельную теплоту сгорания 40 000 кДж/кг, при этом продукты содержат в своем составе легкие углеводороды с температурой кипения до 200°C в количестве 20 мас.%. Для полного сжигания 1 кг таких продуктов теоретический необходимый расход воздуха составляет 14 кг. В нашем примере полностью сгорают легкие углеводороды в количестве 175 кг/ч х 0,2 = 35 кг/ч. Поэтому для полного сгорания 35 кг/ч легких углеводородов необходимый расход воздуха составляет 35 кг/ч х 14 кг/кг = 490 кг/ч, который подают одновременно с помощью компрессора 47 через кран 48 в горелку 45. Расход воздуха регулируют с помощью крана 48 и, тем самым, устанавливают коэффициент избытка воздуха 1,1, при этом его расход составляет 490 кг/ч х 1, 1 = 539 кг/ч.

В результате, образуется горючая смесь и протекает неполное сгорание газообразных продуктов с образованием сажи и газов и виде потока смесь частиц сажи и газов протекает по печи к выходу из нее. В нашем случае индекс корреляции газообразных продуктов составляет 90 и поэтому выход сажи не превышает 40 мас.%. Поэтому часть газообразных продуктов (35 кг/ч) сгорает, а остальные 140 кг/ч разлагаются с образованием сажи в количестве 40 мас.%, т.е. 140 кг/ч х 0,4 = 56 кг/ч. Образуются также горючие газы в количестве 140 кг/ч - 56 кг/ч= 84 кг/ч. Удельная теплота сгорания этих газов составляет 3000 кДж/кг, а количество газов составит 27 кг/ч + 108 кг/ч + 108 кг/ч + 35 кг/ч + 539 кг/ч + 84 кг/ч = 901 кг/ч.

Из емкости с водой 49 через форсунку 50 в печь распыляют воду и охлаждают газовый поток до температуры 600-700°C, что контролируют по показаниям датчика температуры 51. Охлажденный газовый поток далее подают в циклон 52, куда из емкости 49 через кран 53 распыляют воду, в результате чего поток охлаждается до температуры 50-60°C, которую контролируют по показаниям датчика температуры 54. Затем охлажденный поток подают в фильтр 55, где отделяют сажу от газов.

В данном примере образуется следующее количество сажи:

кг/ч получается из газообразных продуктов;

217 кг/ч получается из обогащенного углеродом остатка, что в сумме составит 273 кг /ч.

Полученная сажа содержит золу в количестве не более 0,45 мас.% и соответствует действующим требованиям стандартам. Это обусловлено низкой зольности газообразных продуктов, а также в следствии того, что из обогащенного углеродного остатка удаляется зола, которая входила в сростки с углеродом.

Газы через кран 56 с расходом 901 кг/ч подают на сжигание в горелку 12 и сжигают, что позволяет прекратить подачу топлива в горелку 12 из емкости 10. Сажу из фильтра 55 с расходом 273 кг/ч направляют в накопитель 57, из которого с помощью вентилятора 58 его подают на склад 59. Осевшую в циклоне 52 золу, также содержащую оксид цинка, направляют в накопитель 32.

Таким образом, в результате переработки резиновых отходов получают качественную сажу и высокосортное сырье для получения оксида цинка.

Заявленный способ получения сажи из резиновых отходов отличается от известных улучшенными показателями по энергетическим затратам, выбросам в окружающую среду и качеству получаемых продуктов.

Источники информации:

1) Патент RU № 2276170 С2, 10.05.2006.

2) Патент BY № 17039 С1, 30.04.2013.

3) Заявка US 2016/0083657 А1, 24.03.2016.

4) Патент RU № 2495066 С2, 10.10.2013 (прототип).

Claims (1)

1. Способ получения сажи из резиновых отходов, включающий термическое разложение отходов резины в реакторе, разделение продуктов разложения на газообразные продукты и углеродный остаток, термическую обработку газообразных продуктов, измельчение углеродного остатка, сжигание газов, отличающийся тем, что газообразные продукты подвергают термической обработке путем неполного сжигания при коэффициенте избытка воздуха 0,95-1,1, а полученный углеродный остаток измельчают до размеров частиц 0,01-0,03 мм, после чего измельченный углеродный остаток путем электростатической

   - 10 031040 сепарации разделяют на обогащенную до массового содержания 30-70% золы фракцию и обогащенную до массового содержания 90-95% углерода фракцию, обогащенную золой фракцию подвергают газификации с получением генераторного газа и золы, а полученный генераторный газ сжигают совместно с обогащенной углеродом фракцией при коэффициенте избытка воздуха 0,8-1,0.