RO117618B1

RO117618B1 - Procedeu de recuperare a deşeurilor de cauciuc

Info

Publication number: RO117618B1
Application number: RO94-01210A
Authority: RO
Inventors: Virgil Corneliu Stănăşilă; Octavian Nicolae Stănăşilă
Original assignee: Virgil Corneliu Stănăşilă; Octavian Nicolae Stănăşilă
Priority date: 1994-07-18
Filing date: 1994-07-18
Publication date: 2002-05-30

Abstract

Prezenta invenţie se referă la un procedeu de recuperare a deşeurilor de cauciuc, întregi sau tăiate, cu armătură metalică sau cord textil, prin piroliză urmată de aducerea în contact cu abur a gazului de piroliză, care constă în aceea că, piroliza este realizată prin contact direct cu o masă ceramică monogranulară, tip pietriş, rezultând un gaz de piroliză, o făină constituită din negru de fum şi materii inerte şi eventual armătura metalică.

Description

RO 117618 B

Prezenta invenție se referă la un procedeu de recuperare a deșeurilor de cauciuc, îndeosebi a anvelopelor auto, întregi sau în bucăți, și camerelor auto care transformă, prin mijloace termochimice, energia potențială a cauciucului deșeu, permițând producerea de combustibil gazos de calitate superioară și recuperarea sulfului, armătura metalică fiind 5 colectată în vederea valorificării ulterioare.

în prezent, se cunosc mai multe procedee și instalații de tratare a deșeurilor de cauciuc cu diverse valorificări, constând fie în piroliza cauciucului cu aport recuperativ de căldură prin contactul direct al cauciucului cu gaze rezultate din arderea de combustibil din exterior, contact în două sau mai multe trepte, fie în arderea ca atare a cauciucului mărunțit fin în 10 focare de cazane energetice și industriale, fie în atacarea chimică a cauciucului și transformarea lui în substanțe utile.

Se cunoaște un cuptor de descompunere termică a pneurilor nefragmentate, în care se introduc gaze de ardere care realizează un pat fluidizat în care cauciucul este descompus, resturile pneurilor coborând în curentul de gaze și fiind evacuate pe la partea inferioară 15 (FR 2556078). Principalele dezavantaje constau în piroliza cauciucului cu un agent termic gazos necesitând fluxuri volumice mari de gaze și consumuri energetice mari pentru întreținerea patului fluidizat; recuperarea energiei chimice și sensibile necesită costuri mari.

Un alt exemplu îl constituie incineratorul de piroliza și procedeul descris în brevetul FR 2635170. Incineratorul este constituit din două cuptoare orizontale, rotative, înseriate, iar 20 procedeul prezintă asemănări cu procedeul Marangoni, luat ca termen de comparație, deoarece este cel mai utilizat în tehnica actuală; acesta constă în introducerea, într-un cuptor rotativ, a anvelopelor aduse în contact cu gazele rezultate din arderea de combustibil exclusiv din exterior; din acest cuptor se evacuează componentele metalice, colectate la capătul aval al lui și gazele cu suspensii care intră într-un al doilea cuptor cu postcombustie, în care 25 se arde, de asemenea, combustibil din exterior și care finalizează arderea suspensiilor solide, combustibile, cu aer încălzit prin recuperări de căldură în instalații; gazele rezultate conțin cenușă ușoară și sunt răcite util mai întâi într-un generator de abur și apoi într-un preîncălzitor de aer de combustie, în continuare fiind trecute printr-un filtru cu saci care separă cenușa și apoi într-un scruber în care sunt spălate cu apă și din care sunt evacuate 30 în atmosferă; aburul generat cu căldura gazelor de ardere este folosit într-o instalație electrică având un ciclu termodinamic de abur. Principalele dezavantaje constau în consumul apreciabil de combustibil exterior a cărui energie este regăsită în cantități mari de gaze de ardere care necesită instalații voluminoase și costisitoare pentru filtrare, transport și valorificare; energia negrului de fum este regăsită, de asemenea, în gaze de ardere (deci nu într-un 35 combustibil gazos), care prpduc abur cu energie redusă; un alt dezavantaj îl constituie spațiul mare ocupat pentru amplasarea și deservirea instalației, ca și investiția ridicată.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția este stabilirea parametrilor unui procedeu care să asigure recuperarea deșeurilor de cauciuc cu consum energetic scăzut.

Procedeul conform invenției, de recuperare a deșeurilor de cauciuc, întregi sau 40 tăiate, cu armătură metalică sau cu cord textil, prin piroliză la o temperatură de 400... 800°C, urmată de aducerea în contact cu abur a gazului de piroliză, constă în aceea că piroliza deșeului este realizată prin contact direct cu o masă ceramică monogranulară tip pietriș cu dimeniunea granulelor de 10...20 mm, încălzită la 1000...1200°C, aflată în mișcare de rostogolire continuă și intensă, într-un cuptor cilindric orizontal, rezultând un gaz de piroliză cu 45 temperatura de 500°C, care conține CH₄, H₂, CO, N₂, CO₂, H₂S și este impurificat cu negru de fum și materii inerte, o făină cu temperatura de 600°C, constituită din negru de fum și materii inerte, și eventual armătura metalică cu temperatura de 600°C, gazul de piroliză rezultat este amestecat cu aer puternic încălzit și cu abur, asigurându-se încălzirea amestecului la

RO 117618 Β peste 1200°C, apoi parcurge un spațiu umplut cu fibre ceramice refractare, cu rol de catalizator și de filtru pentru praful inert, pentru a avea loc reacțiile de gazeificare a negrului 50 de fum în CO și H₂ și cracarea moleculelor complexe, rezultând gaze constituite în special din CO, H₂, CH_4i N₂ și CO₂, necondensabile la temperatura ambiantă, care sunt răcite la 120°C și curățate de suspensii solide într-un schimbător de căldură cu masă granulară tip pietriș cu granulația de 8... 12 mm, aflată în mișcare pe verticală, de tip regenerativ continuu, în care gazul de piroliză încălzește masa granulară în două trepte de curent încrucișat, 55 racordate în contracurent, gazul răcit util este evacuat spre zona de separare a H₂S, care este reținut prin mijloace în sine cunoscute, iar masa granulară își continuă deplasarea verticală prin schimbător, parcurgând alte două trepte de curent încrucișat, racordate în contracurent, pe parcursul cărora încălzește aer folosit în proces, masa granulară este ridicată cu un elevator și este recirculată prin schimbător. 60

Procedeul conform invenției prezintă următoarele avantaje:

- energia potențială a cauciucului se regăsește cu mare randament într-un combustibil gazos de bună calitate, care se pretează la utilizări eficiente pentru temperaturi mari, în raport cu utilizarea energiei regăsite în cantități mari de gaze de ardere valorificate în instalații costisitoare; 65

- răspunde cerințelor ecologice severe, eliminând filtrele cu saci costisitoare; sulful este legat ca SH₂ și nu ca SO₂, SO₃, iar scruberele și consumul respectiv de apă nu mai sunt necesare;

- instalația aferentă procedeului este grupată pe verticală, ocupând o mică suprafață de teren și nu mai necesită instalații de valorificare cum ar fi o centrală termoelectrică cu 70 ciclu termodinamic pe abur deosebit de costisitoare.

Prin procedeul conform invenției anvelopele auto, întregi sau tăiate, cu armătură metalică sau cord textil, și alte deșeuri de cauciuc, mărunțite numai în cazul unor producții mici sub circa 0,3 t/h, sunt introduse într-un cuptor rotativ, cilindric, orizontal, împreună cu o masă ceramică monogranulară, cu diametrul de circa 10...20 mm (“pietriș), încălzită la 75 1000,..1200°C într-un Încălzitor de pietriș în sine cunoscut; în cuptorul rotativ granulele determină piroliză intensă a cauciucului, datorită unei primeniri continue a granulelor în contact cu cauciucul, pe seama propriei călduri sensibile, masa granulară răcindu-se la circa 650°C; se formează concomitent un gaz de piroliză la circa 500°C conținând CH₄, H₂, C_nH_m, CO, N₂, CO₂, H₂S, impurificat cu suspensii (negru de fum și cenușă), un amestec de făină 80 grafîtică de circa 600°C, conținând negru de fum și cenușă (constituită din componentele inerte), precum și o armătură metalică la 600°C; gazul combustibil de piroliză are circa 5000 kcal/m³n = 21 MJ/m³h; acesta se amestecă cu aer la 1100°C și cu abur supraîncălzit la 350°C, de presiune joasă, amestecul încălzindu-se la 1200°C, datorită combustiei parțiale a componentelor combustibile din gazul de piroliză, și parcurgând în timp de 2 - 3 s un spațiu 85 în care sunt dispersate fibre ceramice refractare, cu rol de catalizator; în acest spațiu are loc cracarea moleculelor complexe și gazeificarea carbonului din negru de fum antrenat, gazul rezultat conținând numai componente necondensabile la temperatura ambiantă, amestec care constă în CO, H₂ CH₄, N₂ și CO₂, cu putere calorică Pc₂ peste 2500 kcal/m³n = 10 MJ/m³n; fibrele ceramice joacă și un rol de filtru pentru micile cantități de cenușă (praf inert), 90 fiind necesară o curățare periodică (zilnică) a lor; gazul combustibil cu 1200°C intră într-un schimbător de căldură care încălzește o masă ceramică granulară de 8... 12 mm, de la 60 la 1150°C, în două trepte de curent încrucișat, racordate în contracurent, răcindu-se totodată până la 120°C, temperatură la care este evacuat la partea superioară a schimbătorului spre instalația de separare a H₂S din care sulful este reținut prin mijloace în sine cunoscute (în 95 cazul unor cerințe ecologice deosebite); sulful din deșeurile de cauciuc se regăsește în combinații chimice stabile în cenușă și H₂S, în gazul de piroliză exclusiv ca H₂S, datorită

RO 117618 Β mediului reducător specific procedeului; amestecul de negru de fum și materiile inerte, în care negrul de fum deține preponderența, este fie refolosit la fabricarea unor anvelope noi

100 înlocuind o parte din negrul de fum utilizat, fie gazeificat cu abur și aer într-un gazogen, în sine cunoscut, din care se evacuează un gaz combustibil constituit din CO, H₂, CO₂ și N₂ cu o putere calorică inferioară P_ci de peste 1600 kcal/m³n = 6,7 MJ/m³n, care antrenează și particule inerte; acest gaz este răcit până la 200°C într-un generator de abur, este purificat de cenușă, printr-un filtru de pietriș, și circa o treime este utilizată la încălzitorul de pietriș,

105 restul asociindu-se cu combustibilul gazos obținut din prelucrarea termică a gazului de piroliză, putând fi injectat în rețeaua de distribuție a unui utilizator din apropiere; cuptorul rotativ are o zonă prevăzută cu un ciur cu ochiuri sau fante sub 5 mm, prin care se evacuează făina care se colectează într-un buncăr din care, printr-o ecluză, ajunge la gazificatorul menționat; în continuarea ciurului aferent făinii, se află un ciur cu ochiuri de circa

110 15...25 mm, prin care se evacuează masa granulară care este retrimisă la încălzitorul de pietriș; armătura metalică părăsește ultima cuptorul și este colectată, eventual balotată, fiind relativ puțin afectată de temperatura de 600°C timp de câteva minute în atmosfera reducătoare existentă și utilizabilă ca materie primă în refabricarea oțelului respectiv; pietrișul (masa granulară) circulă gravitațional prin schimbătorul de căldură menționat, prin spațiul

115 cuprins între doi cilindri verticali, cu fante, care îi fac permeabili la circulația radială orizontală a gazelor, dar care nu permit ieșirea granulelor; pietrișul este încălzit de la 60 la 1150°C de gazele care se răcesc de la 1200 la 120°C în prima zonă superioară a sachimbătorului; în cea de a doua, pietrișul se răcește de la 1150°C la 60°C, încălzind aerul de la 0°C la 1100°C; acest aer puternic încălzit este utilizat ca aer de combustie pentru suplimentarea

120 încălzirii gazului de piroliză de la 500 la 1200°C și la producerea căldurilor de transformare aferente acestei zone, precum și ca aer pentru gazogen; în sistem se introduc deșeurile de cauciuc, aer și apă, și se evacuează din sistem un combustibil gazos, gaze de ardere completă a unei părți din combustibil gazos, gaze de ardere completă a unei părți din combustibilul generat de instalație, cenușă și oțel, gudroanele fiind cracate; în cazul anvelopelor cu

125 cord textil, materiile textile ard ca orice combustibil, aportul lor la cenușă fiind redus, energia termică regăsită în combustibilul gazos crescând corespunzător; pentru tratarea a 1 t/h deșeu, bilanțul global termic și masiv este următorul:

Intrări

Materiale	kg	°C	Gcal	GJ	MWh
Deșeu	1000	20	0.007* 7,685	0,027* 32,177	0,008* 8,938
Apă	660	20	0,013	0,057	0,015
Aer	1270	20	0,006	0,025	0,007
Total	2930	-	0,026** 7,711	0,109** 32,286	0,030** 8,968

RO 117618B

Ieșiri

Gaz combustibil	1120	180	0,052* 5,036	0,217* 21,086	0,061* 5,857
Negru de fum și cenușă	285	600	0,041* 2,018	0,172* 8,449	0,048* 2,347
Armături metalice	105	600	0,008	0,034	0,009
Gaze de ardere	1420	120	0,042	0,176	0,049
Disipări	-		0,070	0,293	0,081
Diferența de P_ci	-	-	0,444	1,859	0,516
Total	2930	-	0,657** 7,711	2,751** 32,286	0,764** 8,968

150 (pentru entalpii s-a adoptat originea la 0°C, cu apa în stare lichidă; s-a considerat cazul mai puțin avantajos când anvelopele au armărută metalică; pentru fracțiile de tipul *, numărătorul reprezintă căldura sensibilă a materialului respectiv și numitorul este căldura potențială de ardere, iar în cazul fracțiunilor de tip numărătorul reprezintă cantitatea totală de căldură sensibilă, iar numitorul, cantitatea totală de căldură sensibilă și latentă; puterea calorică 155 inferioară a deșeurilor de cauciuc este de circa 7500 kcal/kg=31,2 MJ/kg).

în continuare se dă un exemplu de realizare a procedeului conform invenției, în legătură cu figura anexată, care reprezintă schema instalației de aplicare a procedeului de recuperare energetică superioară, în condiții ecologice, a anvelopelor de autoturisme și a deșeurilor de cauciuc (procedeul și instalația fiind intim corelate). 160

Anvelopele întregi de autoturisme, precum și anvelopele de tractoare și camioane, tăiate în câteva bucăți, ca și deșeurile de cauciuc de proveniență diversă, se introduc în instalație printr-o cameră 1, tampon cu un flux uniform, și cad într-un canal înclinat 2, pe fundul căruia circulă o masă monogranulară (pietriș) cu diametre de 10.. 20 mm, încălzită la 1100°C într-un încălzitor de pietriș 3, al cărui flux este reglat de un extractor 4; cauciucul 165 se deplasează împreună cu pietrișul prin canalul 2 și ajunge într-un cuptor 5, care are trei zone - una fiind zona 5a) în care granulele fierbinți sunt răscolite intens și continuu, asigurându-se contactul lor cu cauciucul care este pirolizat și descompus în gaze de piroliză prăfuite, și în făină constituită din negru de fum și materiale inerte; în cazul anvelopelor cu armărută metalică, din deșeuri rămân și sârme de oțel cu anumite deformări minore; în zona 5b) 170 mantaua cuptorului 5 are perforații care constituie un ciur cilindric pe lungimea zonei prin care se evacuează particulele mici de făină; zona 5c) este prevăzută cu un ciur cu perforații prin care se evacuează masa granulară reținută în cuptor de un prag 6, peste care trec armăturile de oțel; făina este colectată într-un buncăr 7, separat de exterior printr-o ecluză 8, și ajunge la un gazogen 9, în care evoluează în contact cu abur supraîncălzit, introdus 175 printr-un racord 10 și cu aer puternic preîncălzit printr-un racord 11, și produce un gaz de gazogen colectat printr-un racord 12; o parte din acest gaz, ars cu aer preîncălzit într-un schimbător de căldură 13, cu gazele de ardere evacuate din încălzitorul 3, este folosit la un focar 14, ce deservește încălzitorul de pietriș 3; cealaltă parte a gazului se livrează pentru consum extern; cenușa este antrenată de gazele evacuate din gazogenul 9, prin racordul 180 12, care, înainte de a fi trimise la consum, sunt trecute printr-un filtru de pietriș mobil; masa granulară cu temperatura de circa 600°C, este colectată din compartimentul 5c), curățată de orice alte componente prin rostogolirile complexe din cuptor, și este ridicată de un

Claims

RO 117618 Β elevator în sine cunoscut la încălzitorul 3 unde se încălzește la 1100°C și reia circuitul; gazul 185 de piroliză se evacuează din cuptorul 5 printr-un racord 15 și este amestecat cu aer puternic preîncălzit și cu abur supraîncălzit, admise prin câte un racord 16 și respectiv 17, trecut printr-o cameră 18, în care se asigură un timp de parcurgere de 2...3 s, cameră în care sunt dispersate niște fibre ceramice refractare, cu rol de catalizator, și din care gazul trece într-un schimbător de căldură 19, în care străbate o umplutură granulară, care coboară gravitațional 190 prin schimbător în spațiul dintre doi cilindri coaxiali verticali 20, 21; stratul de granule este străbătut de gazele fierbinți ajunse în compartimentul 22 în spațiul interior 23, într-o primă treaptă de curent încrucișat; din spațiul 23, gazele străbat din nou stratul de pietriș la un nivel superior, fiind colectate într-o cameră inelară 24, din care un exhaustor 25 le trimite spre consum răcite util la 120°C; aceasta constituie cea de a doua treaptă de curent încrucișat 195 și este racordată în cpntracurent cu cealaltă, asigurând atât răcirea utilă a gazului, cât și încălzirea pietrișului; în continuare, granulele schimbătorului întâlnesc aerul care este introdus de un ventilator 26, într-un spațiu inelar 27 și care mai întâi străbate stratul de granule intrând într-un spațiu interior 28 și apoi încă o dată la un nivel superior fiind colectat într-un spațiu inelar 29, după ce a parcurs cele două trepte de curent încrucișat, racordate, 200 de asemenea, în contracurent; un extractor 30 asigură constanța fluxului granular circulat prin sistem, flux totodată ciuruit prin carcasa perforată la partea inferioară a extractorului pentru evacuarea cenușei reținute din gazele fierbinți și apoi ridicat de un elevator în vederea recirculării prin schimbătorul de căldură 19; pornirea instalației se face prin încălzirea pietrișului din încălzitorul 3, cu consum de combustibil din exterior, până la atingerea 205 regimului nominal de funcționare.

Revendicări

1. Procedeu de recuperare a deșeurilor de cauciuc, întregi sau tăiate, cu armătură 210 metalică sau cu cord textil, prin piroliză la o temperatură de 400...800°C, urmată de aducerea în contact cu abur a gazului de piroliză, caracterizat prin aceea că piroliză deșeului este realizată prin contact direct cu o masă ceramică monogranulară tip pietriș cu dimeniunea granulelor de 10... 20 mm, încălzită la 1000...1200°C, aflată în mișcare de rostogolire continuă și intensă, într-un cuptor cilindric orizontal, rezultând un gaz de piroliză 215 cu temperatura de 500°C, care conține CH₄, H₂, CO, N₂, CO₂, H₂S și este impurificat cu negru de fum și materii inerte, o făină cu temperatura de 600°C constituită din negru de fum și materii inerte, și eventual armătura metalică cu temperatura de 600°C, gazul de piroliză rezultat este amestecat cu aer puternic încălzit și cu abur, asigurându-se încălzirea amestecului la peste 1200°C, apoi parcurge un spațiu umplut cu fibre ceramice refractare, 220 cu rol de catalizator și de filtru pentru praful inert, pentru a avea loc reacțiile de gazeificare a negrului de fum în CO și H₂, și cracarea moleculelor complexe rezultând gaze constituite în special din CO, H₂, CH₄, N₂ și CO₂, necondensabile la temperatura ambiantă, care sunt răcite la 120°C și curățate de suspensii solide, într-un schimbător de căldură cu masă granulară tip pietriș cu granulația de 8...12 mm, aflată în mișcare pe verticală, de tip regenerativ 225 continuu, în care gazul de piroliză încălzește masa granulară în două trepte de curent încrucișat, racordate în contracurent, gazul răcit util este evacuat spre zona de separare a H₂S, care este reținut prin mijloace în sine cunoscute, iar masa granulară își continuă deplasarea verticală prin schimbător, parcurând alte două trepte de curent încrucișat, racordate în contracurent, pe parcursul cărora încălzește aer folosit în proces, masa granulară este 230 ridicată cu un elevator și este recirculată prin schimbător.

RO 117618 B
2. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că amestecul de făinuri, negru de fum și materii inerte este fie refolosit la fabricarea de anvelope, înlocuind o parte din negrul de fum utilizat, fie gazeificat după un procedeu în sine cunoscut.

Președintele comisiei de examinare: chim. Gruia Amelia

Examinator: ing. Cernat Daniela