WO2013089587A1 - Способ получения сажи из резиновых отходов - Google Patents

Способ получения сажи из резиновых отходов Download PDF

Info

Publication number
WO2013089587A1
WO2013089587A1 PCT/RU2012/000960 RU2012000960W WO2013089587A1 WO 2013089587 A1 WO2013089587 A1 WO 2013089587A1 RU 2012000960 W RU2012000960 W RU 2012000960W WO 2013089587 A1 WO2013089587 A1 WO 2013089587A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
oil
soot
carbon residue
carbon
particles
Prior art date
Application number
PCT/RU2012/000960
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Евгений Сергеевич СУСЕКОВ
Алексей Сергеевич ГРАДОВ
Original Assignee
Закрытое Акционерное Общество "Научно-Производственное Объединение Инноватех"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое Акционерное Общество "Научно-Производственное Объединение Инноватех" filed Critical Закрытое Акционерное Общество "Научно-Производственное Объединение Инноватех"
Publication of WO2013089587A1 publication Critical patent/WO2013089587A1/ru
Priority to US14/302,989 priority Critical patent/US9169401B2/en

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/44—Carbon
    • C09C1/48—Carbon black
    • C09C1/482—Preparation from used rubber products, e.g. tyres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J11/00—Recovery or working-up of waste materials
    • C08J11/04—Recovery or working-up of waste materials of polymers
    • C08J11/10—Recovery or working-up of waste materials of polymers by chemically breaking down the molecular chains of polymers or breaking of crosslinks, e.g. devulcanisation
    • C08J11/12—Recovery or working-up of waste materials of polymers by chemically breaking down the molecular chains of polymers or breaking of crosslinks, e.g. devulcanisation by dry-heat treatment only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/44—Carbon
    • C09C1/48—Carbon black
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B47/00—Destructive distillation of solid carbonaceous materials with indirect heating, e.g. by external combustion
    • C10B47/28—Other processes
    • C10B47/32—Other processes in ovens with mechanical conveying means
    • C10B47/44—Other processes in ovens with mechanical conveying means with conveyor-screws
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • C10B53/07—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form of solid raw materials consisting of synthetic polymeric materials, e.g. tyres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G1/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
    • C10G1/10—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal from rubber or rubber waste
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/141—Feedstock
    • Y02P20/143—Feedstock the feedstock being recycled material, e.g. plastics

Definitions

  • the invention relates to a technology for processing organic waste and can be used in the chemical industry for the production of soot from alternative raw materials (rubber waste), as well as in the rubber industry for the production of components of rubber compounds.
  • a known method for the disposal of waste tires and waste rubber products in which the heat treatment of raw materials is carried out, which is placed in an extractor filled with oil at a temperature of 260 - 290 ° C, completely dissolve the rubber, after which the resulting rubber-bitumen composition is drained, and the residue of soot, mineral components and the metal cord is washed with a gasoline solvent, which is then distilled off with steam and after that the solid residue is crushed and the metal cord and soot are removed from it (see Paté ie RF W22153415, publ. BI, 2000, W 17).
  • the disadvantage of this method is the high energy consumption, due both to the necessity of heating the extractor with waste and oil products to a temperature of 260 - 290 ° C, and the use of water vapor, the production of which expends energy.
  • a known method of producing carbon black from polymer compositions including the pyrolysis of solid carbon-containing raw materials - waste polymer compositions at 400 - 1500 ° C with the formation of a solid carbon residue and the separation of gas-vapor products, subsequent grinding of the carbon residue in the stream of gas-vapor products at 350-500 ° C.
  • the pyrolysis of waste is carried out in a gas-vapor medium, which is used as a gas-vapor mixture containing vol. %:
  • the disadvantages of this method include the high energy consumption, which is due to the high temperature of the pyrolysis process, reaching 1,500 ° C, emissions of harmful gaseous substances into the environment during the thermal decomposition of combined-gas products, as well as the low quality of the resulting carbon black, due to the presence of impurities in the form ashes.
  • worn tires are pyrolyzed in a reactor at a temperature of 550-800 ° C. in a reducing gas medium obtained in a reducing gas generator by burning gases containing hydrocarbons, and pyrolysis products are separated.
  • At least a portion of the gaseous pyrolysis products leaving the reactor with liquid hydrocarbon vapors is fed to a reducing gas generator and a thermal unit. At least a portion of the flue gases leaving the heat generating unit is supplied to a reducing gas generator and a reactor (see RF patent N ° 2269415, publ. BI 2006, Ns 5).
  • the method includes thermal decomposition of waste in a reactor in a gas-vapor medium, separation of decomposition products into gas-vapor products and a solid carbon residue, grinding of the carbon residue.
  • Oil is extracted from steam-gas products by condensation and subjected to thermal decomposition into soot and gases at a temperature of 900 - 2000 ° C, and gas-vapor products after oil separation are burned together with the crushed carbon residue and soot is isolated from the combustion products by filtration.
  • Combustion of gas-vapor products after oil separation together with the crushed carbon residue is carried out at a coefficient of excess air of 0.4 - 0.9.
  • a metal Prior to grinding, a metal is isolated from the carbon residue by magnetic separation.
  • the thermal decomposition gases of the oil are burned, and the combustion products are used as a coolant for external heating of the reactor.
  • the disadvantages of this method are the high specific energy consumption for the production of 1 kg of soot, since a significant amount of carbon residue burns without soot when combined with combined-cycle products, as well as large emissions of harmful products of combustion into the environment due to the significant amount of combusted substances: thermal decomposition gases oils, combined-cycle products, parts of the crushed carbon residue.
  • the disadvantage of this method is also the low quality of the carbon black obtained, since due to the burning of part of the crushed carbon residue, the carbon content in the resulting soot decreases and the ash content increases.
  • the objective of the proposed invention is to reduce the energy costs of producing soot and reducing the amount of harmful emissions into the environment, as well as improving the quality of soot from rubber waste.
  • the problem is solved in that before the oil is gaseous, the gaseous products are subjected to heat treatment by heating to 1200–1300 ° ⁇ , and thermal decomposition of compounds with high molecular weight, mainly resins and asphaltenes, the molecular weight of which varies from 500 to 1500, while heating gaseous products below 1200 ° C leads to a sharp decrease in the rate of thermal decomposition of high molecular weight compounds, as a result of which a long exposure to gas different products at a given temperature to ensure complete decomposition of macromolecular compounds, which ultimately leads to a sharp increase in energy costs for the soot production process, and heating of gaseous products to temperatures above 1300 ° C leads to a sharp increase in the amount of non-condensable gases formed and, as a result, to reduce the amount of oil released from gaseous products, a sharp increase in combustion products that are released into the environment and pollute the air by thermal the application of compounds with high molecular weight, narrow the boiling range of the oil obtained
  • soot burns out, mixing drops of oil with particles of carbon residue at a weight ratio of less than 0.05 kg of residue per 1 kg of oil - less than 1: 0.05 and thermal decomposition of such a mixture does not increase the yield of soot, and also does not provide a uniform mixture, due to the small amount, the carbon residue is distributed unevenly over the volume of the mixture, which leads to disruption of the soot production process, mixing oil droplets with particles of the carbon residue at a weight ratio of more than 3 kg of residue per 1 kg of oil will lead to carbon dny the residue will intensively absorb oil - the oil will be absorbed into carbon particles, as a result of which an oil film will not form covering the particles of the residue, and the carbon will burn out, and the soot yield will decrease sharply, thermal decomposition of the oil is carried out together with the carbon residue with the possibility of simultaneously producing soot as well as heating and calcining the carbon residue, removing from it residual volatile products in an amount of 10-20 mass%, burning of sulfur compounds, destruction
  • Preliminary heat treatment of gaseous products before oil penetration allows thermal decomposition of compounds with a high molecular weight (mainly resins and asphaltenes, the molecular weight of which varies from 500 to 1500), which ultimately leads to a narrowing of the boiling range obtained from gaseous oil products and reducing its coking ability, i.e. oil indicators are met that meet the requirements for high-grade liquid raw materials for the production of soot.
  • a high molecular weight mainly resins and asphaltenes, the molecular weight of which varies from 500 to 1500
  • the best raw material should be considered one whose boiling point is 340 ° C, and the end of boiling is 400 ° C.
  • the temperature of the onset of boiling of raw materials can be taken at least 220 ° C.
  • Such raw materials have a molecular weight of 200-300.
  • the content of resinous substances and asphaltenes in raw materials should be minimal.
  • the experience of soot production has shown that the coking ability of raw materials for the production of furnace soot should not exceed 1.5%.
  • the preliminary heat treatment of gaseous products before oil separation allows these products to be enriched with combustible gases, which are formed during the decomposition of high molecular weight compounds, which leads to an increase in the specific heat of combustion of gaseous products after oil separation and allows them to be burned to provide thermal decomposition of oil and carbon residue.
  • Heating gaseous products below 1200 ° C leads to a sharp decrease in the rate of thermal decomposition of macromolecular compounds, resulting in a long exposure of gaseous products at this temperature to ensure complete decomposition of macromolecular compounds, which ultimately leads to a sharp increase in energy costs for the process of producing soot.
  • Heating of gaseous products to temperatures above 1300 ° C leads to a sharp increase in the amount of non-condensable gases formed and, as a result, to a decrease in the amount of oil released from gaseous products.
  • the non-condensing gases formed by the thermal decomposition of gaseous products must be burned to prevent their release into the environment, which leads to a sharp increase in the combustion products that are released into the environment and pollute the air.
  • Thermal decomposition of the oil together with the carbon residue allows simultaneously with the production of soot (formed as a result of thermal decomposition of the oil) to heat and calcine the carbon residue.
  • soot formed as a result of thermal decomposition of the oil
  • residual volatile products are removed from it (remain after thermal decomposition of rubber waste in an amount of up to 10 - 20 wt.%), Sulfur compounds burn out, intergrowths of ash and carbon particles are destroyed, and particles of the carbon residue are crushed.
  • soot Since soot is used in the manufacture of rubber, which does not change its structure during thermal decomposition of rubber waste (it remains soot), to obtain soot from the carbon residue (its regeneration), all impurities (ash and volatile compounds) must be removed from this residue.
  • ash particles form intergrowths with soot particles, i.e. carbon particles are combined with ash particles.
  • these intergrowths must be destroyed, after which special particles (electromagnetic separation, mechanical separation, flotation) can separate carbon particles and ash particles, i.e. carbon black recovery.
  • soot particles are separated from the ash particles, which makes it possible to extract soot from the carbon residue at subsequent stages.
  • soot When soot is formed from oil, part of the latter burns out, and soot is formed from the remaining part in the form of particles that are heated to high temperature.
  • the heat released during the combustion of part of the oil is spent not only on the formation of soot, but also on the heating of the particles of the carbon residue.
  • soot particles heated from oil heated up to a high temperature (1100 ° ⁇ or more) from the oil contact (come into contact) with the particles of the carbon residue, which leads to a rapid heating of the latter, as a result of which residual volatile products are removed from the residue and thermal stresses arise in carbon residue particles.
  • Residual volatile products that are removed from the carbon residue are subjected to intense heating (in the absence of oxygen) as a result of heat exchange with heated soot particles and oil combustion products, which leads to thermal decomposition of volatile products with the formation of gases and soot.
  • soot yield during joint thermal decomposition oil with a carbon residue increases due to the additional formation of soot from residual volatile products.
  • Spraying the oil and mixing with the crushed carbon residue before thermal decomposition prevents the soot from burning out of the carbon residue (the soot that was used in the manufacture of rubber and is in the carbon residue), which increases the yield of soot from rubber waste and, ultimately, reduces energy intensity of the whole process of obtaining soot from waste.
  • Spraying oil to droplets smaller than 0.2 mm is associated with an increase in energy costs for the spraying process, and also leads to a sharp increase in the specific surface of such a dispersed system (aerosol), as a result of which such droplets will rapidly evaporate upon thermal decomposition (when such particles are supplied they rapidly evaporate into a gaseous medium heated to a high temperature), as a result of which the particles of the carbon residue that were on the surface of the oil droplets will intensively burn out (soot will burn out ), which will lead to a decrease in the yield of soot and, as a consequence, to an increase in the energy intensity of the process for producing soot from rubber waste.
  • Spraying the oil to particles larger than 2 mm and feeding such a mixture (oil droplets and particles of carbon residue) into the reactor to produce soot will lead to the deposition of droplets on the walls of the reactor to produce soot and their coking, as a result of which the process of producing soot will be disrupted.
  • Gaseous products after oil separation contain flammable gases that must be disposed of to prevent their release into the environment and, therefore, it is advisable to burn these gases in the burners of the furnace to produce soot, as a result of which there is no need to use additional fuel.
  • the thermal decomposition gases of oil and carbon residue contain combustible constituents, so it is advisable to burn them to obtain the energy necessary for the thermal treatment of gaseous waste decomposition products, as a result of which the energy consumption of the soot production process is reduced and emissions of harmful compounds are prevented (gases contain carbon monoxide, benzapyrene and etc.) into the environment.
  • the claimed invention for a specialist does not explicitly follow from the prior art, which confirms compliance with its criterion of "inventive step".
  • Figure 1 shows the installation diagram, which implements a method of producing soot from rubber waste.
  • the device comprises a waste bin 1, a dispenser 2 connected to the hopper 1, a receiving hopper 3 mounted on the reactor 4, a balance 5, an engine 6 connected to the screw 7, an output 8 connected to the reactor 4, a tank with fuel 9, a burner 10 , fan 11, heat exchanger 12 with jacket 13, chimney 14, gas blower 15, temperature sensors 16 and 17, outlet 18 connected to reactor 4, distributor valve 19, pressure sensor 20, condenser 21, valve 22 connected to tank 23 , burners 24 and 25 installed in the furnace for receiving soot 26, fan 27 with a faucet 28, blade dose OP 29 connected to the cooling drum 30, the engine 31 connected to the screw 32, the output 33 connected to the cooling drum 30 and the magnetic separator 34, drives 35 and 36 connected to the magnetic separator 34, a mill with a set of sieves 37, drive 38, a pump 39 connected to a container 23, a flow meter 40, a nozzle 41, a mixing chamber 42, a blower 43, a double injector 44, a weight batcher 45, a combustion chamber 46, a refrigerator 47, a
  • the production of carbon black from rubber waste is as follows.
  • the gas medium Passing through the pipes of the heat exchanger 12, the gas medium is heated, and its heating temperature is controlled by the readings of the temperature sensor 16.
  • the heated gas medium, flowing through the reactor 4 gives off heat to the rubber waste, which heats up to the set temperature, which is controlled by the readings of the temperature sensor 17.
  • the gas medium through the outlet 18 of the reactor 4 enters the distribution valve 19, with which the gas medium is sent to the pipes of the heat exchanger 12.
  • the gas medium is circulated through the heat exchanger
  • the heat necessary for heating and pyrolysis of rubber wastes is transferred to them both from the heated walls of the reactor and as a result of heat exchange with the gas medium pumped through the reactor 4.
  • the walls of the reactor are heated as a result of pumping through the jacket 13 of the products of combustion of fuel in the burner 10.
  • the amount of gaseous products discharged from the heat exchanger 12 to the condenser 21 and returned to the reactor 4 is controlled by a distribution valve 19 so that the pressure in the reactor 4 does not decrease below atmospheric pressure (in this case, air can be sucked into the reactor from environment and ignition, which will stop the process), and also did not exceed 1 atm, since at higher pressures it is necessary to use a reactor with stronger walls, which as a result will increase the metal consumption of the entire installation.
  • Gaseous products passing through the pipes of the heat exchanger are heated to a temperature of 1200 - 1300 ° ⁇ , as a result of which there is a thermal decomposition of high molecular weight compounds, and the molecular weight of these products is reduced. Further, passing through the reactor 4, the gaseous products give heat to the rubber waste and are cooled. In this way, the output of gaseous products heated to a high temperature to the condenser 21 is prevented, the heat of the gaseous products (for heating and pyrolysis of the waste) is useful and the consumption of cooling water pumped through the condenser 21 is reduced. All this leads to lower energy costs for the process of producing soot from the waste .
  • the oil extracted from the gaseous products from the condenser 21 is discharged through the valve 22 into a container 23, after which the gaseous products are fed to the burners 24 and 25 of the furnace to produce soot 26 and burned.
  • the air supply to the burners 24 and 25 is regulated to ensure complete combustion of gaseous products.
  • the resulting carbon residue is continuously withdrawn from the reactor 4 through the outlet 8 and fed to a blade batcher 29, which unloads the residue into the cooling drum 30.
  • the screw 32 Simultaneously with the supply of the carbon residue to the cooling drum 30, the screw 32 is rotated by the motor 31 and the carbon residue is moved through the drum to its exit 33. In this case, cooling water is pumped through the jacket of the drum. Moving along the drum 30, the carbon residue is cooled as a result of heat exchange with the cold walls of the drum and is simultaneously crushed by the screw 32, as a result of which the metal cord moves away from the carbon residue, which is necessary for the subsequent release of the metal cord from the carbon residue.
  • the carbon residue and the metal cord are continuously fed to the magnetic separator 34, where the metal is separated from the carbon residue and the metal is sent to the accumulator 35, and the carbon residue is fed to the accumulator 36.
  • the carbon residue is fed to a mill with a set of sieves 37, the residue is ground and a fraction with particles with a diameter of 0.1-1.0 mm is separated using sieves, which is fed to the accumulator 38, and the residual coarse fraction returned to the mill 37 for additional grinding.
  • the resulting mixture of oil and carbon residue enters the vortex flame, which is formed by the combustion of gaseous products in burners 24 and 25, which are installed tangentially in the combustion chamber 46.
  • the flow of products of combustion and soot which was formed as a result of thermal decomposition of oil and separated from the carbon residue, is taken out of the furnace 26 into the refrigerator 47, where water is sprayed from the tank 48 by means of a pump 49 through the nozzle 50, as a result of which the temperature of the products of combustion and soot decreases .
  • the cooled mixture from the refrigerator 47 is fed to a cyclone 51, in which soot and ash particles are separated from the gas stream and fed to a magnetic separator 52, in which soot and magnetic impurities (ash) are separated.
  • the ash from the magnetic separator 52 is fed into the accumulator 53, and the soot is fed into the granulator 54 and granulated, after which the granules are fed into the dryer 55, dried and discharged into the accumulator 56.
  • the gases purified in the cyclone 51 from soot and ash contain combustible components and, therefore, the gases are supplied to the burner 10 and burned, and heat is used for heat treatment of gaseous products, which reduces the energy consumption of the process and prevents the emission of harmful compounds (burned in the burner 10 ) in atmosphere.
  • a gas medium is pumped through the heat exchanger 12 through a gas blower 15 (at the beginning of the process stavlyayuschey the medium is air) and fed to the reactor 4 is displaceable towards the screw 7, the rubber waste. Passing through the pipes of the heat exchanger 12, the gas medium is heated to a temperature of 1200 ° C, which is controlled by the readings of the temperature sensor 16.
  • the heated gas medium, flowing through the reactor 4 gives off heat to the rubber waste, which is heated, which is controlled by the readings of the temperature sensor 17.
  • waste heating temperature varies along the length of the reactor. At the inlet to the reactor, the waste has a temperature close to ambient temperature, and at the outlet of the reactor, the temperature of the waste increases (control according to the temperature sensor).
  • the flow rate of the gas medium pumped through the reactor is changed in such a way (reduce or increase the flow rate) so that the temperature of the waste at the outlet of the reactor does not exceed 400 ° C.
  • the main amount of gaseous products is released from the waste.
  • the gas medium through the outlet 18 of the reactor 4 enters the distribution valve 19, with which the gas medium is sent to the pipes of the heat exchanger 12.
  • the gas medium is pumped along the circuit by a heat exchanger 12 - reactor 4 until the evolution of pyrolysis gases from rubber waste begins.
  • the heat necessary for heating and pyrolysis of rubber wastes is transferred to them both from the heated walls of the reactor and as a result of heat exchange with the gas medium pumped through the reactor 4.
  • the walls of the reactor are heated as a result of pumping through the jacket 13 of the products of combustion of fuel in the burner 10.
  • the required amount of heat for thermal decomposition of 500 kg of worn tires is determined as follows:
  • Part of the heat generated by burning fuel in the burner 10 with a stream of flue gases that pass through the jacket 13 of the reactor 4 is transferred to the walls of the reactor and then transferred to the rubber waste from the walls of the reactor.
  • the waste is heated both as a result of direct heat transfer during the flow of the heated gas medium through the reactor 4, and by heat exchange from the heated walls of the reactor 4.
  • Gaseous products passing through the tubes of the heat exchanger are heated to a temperature of 1200 ° C, resulting in thermal decomposition of high molecular weight compounds, and the molecular weight of these products is reduced. Further, passing through the reactor 4, the gaseous products give heat to the rubber waste and are cooled. Thus, the outlet of gaseous products heated to a high temperature to the condenser 21 is prevented, the heat of the gaseous products is used (for heating and pyrolysis of waste), and the consumption of cooling water pumped through the condenser 21 is reduced. All this leads to lower energy costs for the process of producing soot from waste.
  • gaseous products with a flow rate of 200 kg / h are continuously discharged into the condenser 21 and cooled by heat exchange with water pumped through the condenser, as a result of which oil is released in the condenser 21.
  • 160 kg / h of oil is released from gaseous products.
  • Oil extracted from gaseous products from the condenser 21 through a valve 22 with a flow rate of 160 kg / h is discharged into a container 23, after which the gaseous products are fed into the burners 24 and 25 of the furnace to produce soot 26 with a flow rate of 40 kg / h and burned.
  • a fan 27 and a faucet 28 air is supplied to burners 24 and 25 at a flow rate of 400 kg / h, which ensures complete combustion of gaseous products, resulting in 440 kg / h of combustion products.
  • the resulting carbon residue with a flow rate of 300 kg / h is continuously discharged from the reactor 4 through the outlet 8 and fed to a blade batcher 29, which unloads the residue into the cooling drum 30.
  • the screw 32 Simultaneously with the supply of the carbon residue to the cooling drum 30, the screw 32 is rotated by means of the engine 31 and move the carbon residue through the drum to its exit 33.
  • cooling water is pumped through the jacket of the drum. Moving along the drum 30, the carbon residue is cooled as a result of heat exchange with the cold walls of the drum and is simultaneously crushed by the screw 32, as a result of which the metal cord moves away from the carbon residue, which is necessary for the subsequent release of the metal cord from the carbon residue.
  • the carbon residue and metal cord are fed to a magnetic separator 34, where metal is separated in an amount of 30 kg / h from the carbon residue and the metal is sent to the accumulator 35, and the carbon residue with a flow rate of 270 kg / h is fed to the accumulator 36.
  • the carbon residue is fed to the mill with a set of sieves 37, the residue is ground and a fraction with particles with a diameter of 0.1 mm is extracted using sieves, which is fed to the accumulator 38, and the residual coarse fraction is returned to the mill 37 for complementary tionary grinding.
  • the resulting mixture of oil and particles of the carbon residue with a flow rate of 168 kg / h enters the vortex flame, which is formed by the combustion of gaseous products in burners 24 and 25, which are installed tangentially in the combustion chamber 46.
  • the specific heat of combustion of these gases is 20 MJ / kg.
  • volatiles are removed from the carbon residue in an amount of 10% by weight, i.e. 0.8 kg / h, which are thermally decomposed to form soot and gases.
  • soot vol.% Of soot (0.12 kg / h) and 85 mass. % of gases (0.68 kg / h).
  • 440 kg / h are combustion products of gaseous products after oil separation
  • 384 kg / h are combustion products of 32 kg / h of oil
  • 64 kg / h are combustible gases generated during thermal decomposition of oil
  • 8 kg / h are combustion products 0.8 kg of carbon residue
  • 0.68 kg / h - combustible gases formed during the thermal decomposition of volatile hydrocarbons 0.68 kg / h - combustible gases formed during the thermal decomposition of volatile hydrocarbons.
  • the flow of products of combustion and soot with a flow rate of 896.68 kg / h + 69.6 kg + 0.12 966.4 kg / h from the furnace 26 is taken out to the refrigerator 47, where from the tank 48 s Using a pump 49, water is sprayed through a nozzle 50 at a flow rate of 300 kg / h, as a result of which the temperature of the products of combustion and soot decreases.
  • the cooled mixture from the refrigerator 47 is fed to a cyclone 51, in which soot and ash particles are separated from the gas stream and fed to a magnetic separator 52, in which soot and ash are separated. In the magnetic separator, 50% by weight of ash is recovered, i.e.
  • the ash from the magnetic separator 52 in the amount of 0.4 kg / h is fed into the accumulator 53, and the soot is fed into the granulator 54 and granulated, after which the granules are fed into the dryer 55, dried and discharged into the accumulator 56.
  • the gases purified in the cyclone 51 from soot and ash contain combustible constituents and, therefore, these gases are fed to the burner 10 and burned, and heat is used for heat treatment of gaseous products, which reduces the energy consumption of the process and prevents the emission of harmful compounds (burned in the burner 10) into the atmosphere.
  • thermal decomposition gases is equivalent to the combustion of 32 kg of liquid fuel with a specific heat of combustion of 40 MJ / kg. This allows you to reduce the supply of liquid fuel to burner 10 from 35 kg / h to 3 kg / h, which reduces the energy consumption of the process and prevents the release of harmful compounds (burn in burner 10) into the atmosphere.
  • the gas medium Passing through the pipes of the heat exchanger 12, the gas medium is heated to a temperature of 1300 ° C, which is controlled by the temperature sensor 16.
  • the heated gas medium, flowing through the reactor 4 gives off heat to the rubber waste, which is heated, which is controlled by the temperature sensor 17.
  • the temperature waste heating varies along the length of the reactor.
  • the waste At the inlet to the reactor, the waste has a temperature close to ambient temperature, and at the outlet of the reactor, the temperature of the waste increases (control according to the temperature sensor). Therefore, at a given flow rate of waste using a gas blower, the flow rate of the gas medium pumped through the reactor is changed in such a way (reduce or increase the flow rate) so that the temperature of the waste at the outlet of the reactor does not exceed 400 ° C.
  • the main amount of gaseous products is released from the waste.
  • the gas medium through the outlet 18 of the reactor 4 enters the distribution valve 19, with which the gas medium is sent to the pipes of the heat exchanger 12.
  • the gas medium is pumped along the circuit by a heat exchanger 12 - reactor 4 until the evolution of pyrolysis gases from rubber waste begins.
  • the heat necessary for heating and pyrolysis of rubber wastes is transferred to them both from the heated walls of the reactor and as a result of heat exchange with the gas medium pumped through the reactor 4.
  • the walls of the reactor are heated as a result of pumping through the jacket 13 of the products of combustion of fuel in the burner 10.
  • the required amount of heat for thermal decomposition of 1000 kg of worn tires is 1358000 kJ.
  • an amount of heat equal to 70 kg / h is released.
  • 40,000 kJ / kg 2,800,000 kJ / h.
  • Part of the heat generated by burning fuel in the burner 10 with a stream of flue gases that pass through the jacket 13 of the reactor 4 is transferred to the walls of the reactor and then transferred to the rubber waste from the walls of the reactor.
  • the waste is heated both as a result of direct heat transfer during the flow of the heated gas medium through the reactor 4, and by heat exchange from the heated walls of the reactor 4.
  • the waste is transferred the amount of heat necessary for its heating and thermal decomposition (pyrolysis).
  • gaseous products with a flow rate of 400 kg / h are continuously discharged into the condenser 21 and cooled by heat exchange with water pumped through the condenser, as a result of which oil is released in the condenser 21.
  • the resulting carbon residue with a flow rate of 600 kg / h is continuously discharged from the reactor 4 through the outlet 8 and fed to a blade batcher 29, which unloads the residue into the cooling drum 30.
  • the screw 32 Simultaneously with the supply of the carbon residue to the cooling drum 30, the screw 32 is rotated by the motor 31 and move the carbon residue through the drum to its exit 33.
  • cooling water is pumped through the jacket of the drum. Moving along the drum 30, the carbon residue is cooled as a result of heat exchange with the cold walls of the drum and, at the same time, is crushed under the influence of the screw 32, as a result of which the metal cord is separated from the carbon residue, which is necessary for the subsequent separation of the metal cord from the carbon residue.
  • the carbon residue and the metal cord are fed to a magnetic separator 34, where 60 kg / h of metal is separated from the carbon residue and the metal is sent to the accumulator 35, and the carbon residue with a flow rate of 540 kg / h is fed to the accumulator 36.
  • the carbon residue is fed to the mill with a set of sieves 37, the residue is crushed and a fraction with particles with a diameter of 1.0 mm is separated using sieves, which is fed to the accumulator 38, and the residual coarse fraction is returned to the mill 37 for complementary tionary grinding.
  • the resulting mixture of oil and particles of carbon residue with a flow rate of 640 kg / h enters the vortex flame, which is formed by the combustion of gaseous products in burners 24 and 25, which are installed tangentially in the combustion chamber 46.
  • part of the oil burns out (20% of the mass of oil, i.e. 160 kg / h.
  • the specific heat of combustion of these gases is 20 MJ / kg.
  • volatiles are removed from the carbon residue in an amount of 10% by weight, i.e. 48 kg / h that are exposed thermal decomposition with the formation of soot and gases.
  • 880 kg / h are combustion products of gaseous products after oil separation
  • 384 kg / h are combustion products of 32 kg / h of oil
  • 64 kg / h are combustible gases formed during thermal decomposition of oil
  • 480 kg / h are combustion products carbon residue
  • 880 kg / h are combustion products of gaseous products after oil separation
  • 384 kg / h are combustion products of 32 kg / h
  • the cooled mixture from the refrigerator 47 is fed to a cyclone 51, in which soot and ash particles are separated from the gas stream and fed to a magnetic separator 52, in which soot and ash are separated.
  • the ash from the magnetic separator 52 in an amount of 24 kg / h is fed into the accumulator 53, and the soot is fed into the granulator 54 and granulated, after which the granules are fed into the dryer 55, dried and discharged into the accumulator 56.
  • Gases purified in cyclone 51 from soot and ash in the amount of: 1848.8 kg / h + 600 kg / h - 431.2 kg / h 2017.6 kg / h are fed to burner 10 and burned, and heat is used for heat treatment gaseous products, which leads to a decrease in the energy intensity of the process and helps to prevent the release of harmful compounds (burn in the burner 10) into the atmosphere.
  • thermal decomposition gases (the calorific value of these gases is 1050 kJ / kg) is equivalent to the combustion of 56 kg of liquid fuel with specific heat of combustion 40 MJ / kg. This allows you to reduce the supply of liquid fuel to burner 10 from 70 kg / h to 14 kg / h, which reduces the energy consumption of the process and helps to prevent the release of harmful compounds (burn in the burner 10) into the atmosphere.
  • the claimed method for producing carbon black from rubber waste differs from the known improved indicators in terms of energy costs, environmental emissions and the quality of the products obtained, which confirms its compliance with the patentability criterion of "industrial applicability".

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Separation, Recovery Or Treatment Of Waste Materials Containing Plastics (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Abstract

Изобретение относится к технологии переработки органических отходов и может быть применено в химической и резинотехнической промышленности. В реакторе разлагают резиновые отходы. Продукты разложения разделяют на газообразные и углеродный остаток. Газообразные продукты нагревают до 1200-1300°С для разложения в основном смол и асфальтенов, выделяют масло, распыляют его до размеров капель 0,2-2,0 мм, смешивают с измельченным до 0,1 - 1,0 мм углеродным остатком в соотношении 1:(0, 05-3,0) и подвергают термическому разложению на сажу с атомным отношением водорода к углероду (Н:С) в пределах 0,02-0,07 и газы. Из углеродного остатка удаляют золу и летучие соединения прокаливанием. Сажу отделяют от золы электромагнитной сепарацией или фильтрацией. Теплоту, выделяющуюся при сгорании части масла, расходуют на образование сажи, на быстрый нагрев углеродного остатка, удаление из него остаточных летучих продуктов, которые подвергают интенсивному нагреву при отсутствии кислорода нагретыми частицами сажи и продуктами сгорания масла. Газообразные продукты после выделения масла сжигают и полученную тепловую энергию используют для обеспечения термического разложения масла и углеродного остатка. Газы термического разложения масла и углеродного остатка сжигают, а полученную тепловую энергию используют для обеспечения термической обработки газообразных продуктов. Повышается качество получаемой сажи, снижается энергоемкость процесса, улучшается экология за счет уменьшения образования токсичных соединений.

Description

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ САЖИ ИЗ РЕЗИНОВЫХ ОТХОДОВ
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к технологии переработки органических отходов и может быть применено в химической промышленности для производства сажи из альтернативного сырья (резинотехнических отходов), а также в резиновой промышленности для получения компонентов резиновых смесей.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известен способ утилизации отработанных шин и отходов резинотехнических изделий, при котором осуществляют термическую обработку сырья, которое помещают в экстрактор, заполненный нефтепродуктами при температуре 260 - 290 °С, полностью растворяют резину, после чего полученную резинобитумную композицию сливают, а остаток сажи, минеральных компонентов и металлический корд промывают бензиновым растворителем, который затем отгоняют с водяным паром и после этого твердый остаток измельчают и извлекают из него металлический корд и сажу (см. патент РФ W22153415, опубл. БИ, 2000, Ш 17).
Недостатком данного способа является высокий расход энергии, обусловленный как необходимостью нагрева экстрактора с отходами и нефтепродуктами до температуры 260 - 290 °С, так и использованием водяного пара, на производство которого затрачивается энергия.
Существенными недостатками данного способа являются необходимость промывки остатка сажи и металлического корда бензиновым растворителем, который затем необходимо регенерировать, а также низкое качество получаемой сажи, которая содержит значительное (до 15 масс. %) количество золы в виде минеральных компонентов, что приводит к необходимости дополнительной очистки сажи от зольных компонентов с целью улучшения ее качественных показателей. г
Известен способ получения сажи из полимерных композиций, включающий пиролиз твердого углеродсодержащего сырья - отходов полимерных композиций при 400 - 1500 °С с образованием твердого углеродного остатка и выделением парогазовых продуктов, последующее измельчение углеродного остатка в потоке парогазовых продуктов при 350-500 °С. Пиролиз отходов осуществляют в парогазовой среде, в качестве которой используют парогазовую смесь, содержащую об. %:
Перегретый пар 35 - 50
Двуокись углерода 5 - 10
Окись углерода 1 - 3
Кислород 0,1 - 2,0
Азот Остальное
Парогазовые продукты подвергают термическому разложению при 1400 - 1500 °С (авт. свид. СССР Jfe 747868, опубл. БИ,1980, J 2 26).
К недостаткам данного способа следует отнести большой расход энергии, который обусловлен высокой температурой процесса пиролиза, достигающей 1500 °С, выбросы вредных газообразных веществ в окружающую среду при термическом разложении парогазовых продуктов, а также низкое качество получаемой сажи, из-за наличия посторонних примесей в виде золы.
Известен способ термической переработки изношенных шин и установка для его осуществления, обеспечивающий получение твердого углеродного остатка (сажи) с показателями: йодное число (мл/ЮОг) - 112; светопропускание толуольного экстракта (%) - 98; адсорбция дибутилфталата (мл/100 г) - 93, пригодной для повторного использования. В данном способе осуществляют пиролиз изношенных шин в реакторе при температуре 550 - 800 °С в среде восстановительного газа, полученного в генераторе восстановительных газов сжиганием газов, содержащих углеводороды, и осуществляют разделение продуктов пиролиза. По меньшей мере, часть выходящих из реактора газообразных продуктов пиролиза с парами жидких углеводородов подают в генератор восстановительных газов и тепловой агрегат. По меньшей мере, часть выходящих из теплового агрегата дымовых газов подают в генератор восстановительных газов и реактор (см. патент РФ N° 2269415, опубл. БИ 2006 , Ns 5).
Недостатками данного способа являются высокий расход энергии на переработку, что обусловлено необходимостью получать восстановительный газ путем неполного сжигания углеводородов, высокие выбросы токсичных соединений в окружающую среду, а также сложное аппаратурное оформление процесса. Наиболее близким к предполагаемому изобретению является принятый нами за прототип способ получения сажи из резиновых отходов (см. патент РФ Ла 2276170, опубл. БИ 2006, JV° 13).
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 °С, 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.
Газы термического разложения масла сжигают, и 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, а также большие выбросы вредных продуктов сгорания в окружающую среду, обусловленные значительным количеством сжигаемых веществ: газов термического разложения масла, парогазовых продуктов, части измельченного углеродного остатка.
Недостатком данного способа является также низкое качество получаемой сажи, поскольку из-за выгорания части измельченного углеродного остатка содержание углерода в образующейся саже снижается, а содержание золы увеличивается.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей предполагаемого изобретения является уменьшение энергетических затрат на получение сажи и снижение количества вредных выбросов в окружающую среду, а также повышение качества получаемой сажи из резиновых отходов.
Поставленная задача решается тем, что предварительно перед вьщелением масла газообразные продукты подвергают термической обработке путем нагрева до 1200-1300°С, таким образом осуществляют термическое разложение соединений с высокой молекулярной массой, в основном смол и асфальтенов, молекулярная масса которых изменяется в пределах от 500 до 1500, при этом нагрев газообразных продуктов ниже 1200°С приводит к резкому снижению скорости термического разложения высокомолекулярных соединений, в результате чего необходима длительная выдержка газообразных продуктов при данной температуре для обеспечения полного разложения высокомолекулярных соединений, что в итоге приводит к резкому росту энергетических затрат на осуществление процесса получения сажи, а нагрев газообразных продуктов до температуры выше 1300°С приводит к резкому росту количества образующихся неконденсирующихся газов и, как следствие, к снижению количества масла, выделенного из газообразных продуктов, резкому росту продуктов сгорания, которые выбрасываются в окружающую среду и загрязняют воздух, термическим разложением соединений с высокой молекулярной массой сужают интервал кипения получаемого из газообразных продуктов масла до 340-400°С с молекулярной массой 200-300 и снижают его коксуемость, превращают его в высокосортное жидкое сырье для получения сажи, как показывает практика, коксуемость сырья для производства печных саж не должна превышать 1,5%, предварительной термической обработкой газообразных продуктов перед вьщелением масла их обогащают горючими газами, которые образуются при разложении высокомолекулярных соединений, повышают удельную теплоту сгорания газообразных продуктов после выделения масла, что позволяет сжигать их для обеспечения термического разложения масла и углеродного остатка, предварительно перед термическим разложением масло распыляют до размеров капель 0,2-2,0 мм, после чего смешивают с измельченным до размеров частиц 0,1 -1,0 мм углеродным остатком в соотношении 1: (0,05 - 3,0), чем предотвращают выгорание сажи из углеродного остатка, полученную смесь подвергают термическому разложению на сажу и газы, причем распыление масла до капель размером менее 0,2 мм связано с ростом энергетических затрат на процесс распыления, а также приводит к резкому росту удельной поверхности такой дисперсной системы - аэрозоля, в результате чего такие капли при термическом разложении будут быстро испаряться - при подаче таких частиц в нагретую до высокой температуры газовую среду происходит их быстрое испарение, в результате чего частицы углеродного остатка, которые находились на поверхности капель масла будут интенсивно сгорать - будет происходить выгорание сажи, что приведет к снижению выхода сажи и, как следствие, к росту энергоемкости процесса получения сажи из резиновых отходов, распыление масла до частиц более 2 мм и подача такой смеси - капли масла и частицы углеродного остатка в реактор для получения сажи приведет к осаждению капель на стенки реактора для получения сажи и коксованию их, в результате чего процесс получения сажи будет нарушен, для приготовления смеси капли масла и частицы углеродного остатка, в которой частицы углеродного остатка находятся на поверхности капель масла, или же внутри их, используют измельченный до размеров частиц 0,1-1,0 мм углеродный остаток, при этом измельчение углеродного остатка до размеров менее 0,1 мм связано со значительным ростом энергетических затрат на процесс измельчения, а также с тем, что частицы размером менее 0,1 мм интенсивно агрегируют - создают агрегаты, которые необходимо разрушать перед смешиванием углеродного остатка с распыленным маслом, использование углеродного остатка с размером частиц более 1,0 мм не позволит создать смесь, в которой частицы остатка находятся на поверхности капель масла, либо внутри данных капель, в этом случае будет происходить интенсивное выгорание сажи из частиц углеродного остатка, так как испарение масла приводит к уменьшению капель, в результате чего частицы углеродного остатка начинают выгорать, т.е. сгорает сажа, смешивание капель масла с частицами углеродного остатка при весовом соотношении менее 0,05 кг остатка на 1 кг масла - менее 1 :0,05 и термическое разложение такой смеси не приводит к увеличению выхода сажи, а также не обеспечивает создание равномерной смеси, из-за малого количества углеродный остаток распределяется неравномерно по объему смеси, что приводит к нарушению процесса получения сажи, смешивание капель масла с частицами углеродного остатка при весовом соотношении более 3 кг остатка на 1 кг масла приведет к тому, что углеродный остаток будет интенсивно поглощать масло — масло будет впитываться в частицы углерода, в результате чего не будет образовано масляной пленки, покрывающей частицы остатка, и углерод будет выгорать, а выход сажи резко уменьшится, термическое разложение масла осуществляют совместно с углеродным остатком с возможностью одновременного получения сажи, а также прогрева и прокаливания углеродного остатка, удаления из него остаточных летучих продуктов в количестве 10-20 масс %, выгорания сернистых соединений, разрушения сростков частиц золы и углерода, измельчения частиц углеродного остатка, обогащения углеродного остатка углеродом, снижения содержания водорода и установления требуемого по показателям качественной сажи атомного отношения водорода к углероду (Н:С) в пределах 0,02 - 0,07, в противном случае при более высоких значениях атомного отношения водорода к углероду (Н:С) в пределах 0,2-0,6 углеродный остаток будет представлять собой не сажу, а кокс, для получения сажи из углеродного остатка - ее регенерации из данного остатка удаляют все примеси - золу и летучие соединения, обогащение углеродного остатка удаление золы - осуществляют его прокаливанием, при этом в результате возникновения термических напряжений в сростках частиц золы с частицами сажи из-за разных объемных расширений частиц сажи и частиц золы частицы сажи отделяют от частиц золы и после удаления золы методами электромагнитной сепарации, или механического разделения, или фильтрации разделяют частицы углерода и частицы золы, то есть выделяют сажу из углеродного остатка, при термическом разложении масла совместно с углеродным остатком теплоту, выделяющуюся при сгорании части масла, расходуют не только на образование сажи, но и на быстрый нагрев частиц углеродного остатка, удаление из него остаточных летучих продуктов и создание термических напряжений в частицах углеродного остатка, остаточные летучие продукты подвергают интенсивному нагреву при отсутствии кислорода нагретыми частицами сажи и продуктами сгорания масла, что приводит к термическому разложению летучих продуктов с образование газов и сажи, газообразные продукты после выделения масла сжигают и полученную тепловую энергию используют для обеспечения термического разложения масла и углеродного остатка, газы' термического разложения масла и углеродного остатка сжигают, а полученную тепловую энергию используют для обеспечения термической обработки газообразных продуктов, необходимое количество тепла для термического разложения изношенных шин определяют из соотношения:
Сюбщ = Q нагр. + Оразл. + QnoTepb,
С бщ = 1,2 {(Ср отходов М отх. (Т2 - Т1) + qM отх)},
где Сюбщ - общее количество тепла, необходимого для термического разложения отходов: Q нагр. - тепло нагрева отходов до температуры 400°С; <3разл. - тепло, затрачиваемое на разложение отходов; QnoTepb - тепловые потери, составляющие 20% от общего количества тепла; q - удельное тепло разложения, составляющее для резиновых отходов 600 кДж/кг; М отх - масса отходов, кг; Т1 = 20°С и Т2 = 400°С - начальная и конечная температура отходов; Ср отходов - удельная теплоемкость отходов, равная 1,4 кДж/кг°С, что подтверждает соответствие заявленного изобретения критерию патентоспособности «новизна».
Предварительная термическая обработка газообразных продуктов перед вьщелением масла позволяет осуществить термическое разложение соединений с высокой молекулярной массой (в основном смол и асфальтенов, молекулярная масса которых изменяется в пределах от 500 до 1500), что в итоге приводит, к сужению интервала кипения получаемого из газообразных продуктов масла и снижению его коксуемости, т.е. обеспечиваются показатели масла, удовлетворяющие требованиям, которые предъявляются к высокосортному жидкому сырью для получения сажи.
Как известно (см. Зуев В.П., Михайлов В.В. Производство сажи, М.: Химия, 1965, с.ЗЗ - 37) для получения однородной сажи используемое сырье должно представлять фракцию, выкипающую в возможно более узких пределах.
Поэтому наилучшим сырьем следует считать такое, температура начала кипения которого равна 340°С, а конца кипения 400°С. Без существенного ухудшения технологических показателей температуру начала кипения сырья можно принимать не ниже 220°С. Такое сырье имеет молекулярную массу 200 - 300.
Содержание в сырье смолистых веществ и асфальтенов должно быть минимальным. Опыт работы сажевых производств показал, что коксуемость сырья для производства печных саж не должна превышать 1,5 %. Предварительная перед выделением масла термическая обработка газообразных продуктов позволяет обогатить данные продукты горючими газами, которые образуются при разложении высокомолекулярных соединений, что приводит к повышению удельной теплоты сгорания газообразных продуктов после выделения масла и позволяет сжигать их для обеспечения термического разложения масла и углеродного остатка.
Нагрев газообразных продуктов ниже 1200°С приводит к резкому снижению скорости термического разложения высокомолекулярных соединений, в результате чего необходима длительная выдержка газообразных продуктов при данной температуре для обеспечения полного разложения высокомолекулярных соединений, что в итоге приводит к резкому росту энергетических затрат на осуществление процесса получения сажи. Нагрев газообразных продуктов до температуры выше 1300 °С приводит к резкому росту количества образующихся неконденсирующихся газов и, как следствие, к снижению количества масла, выделяемого из газообразных продуктов. При этом образующиеся неконденсирующиеся газы термического разложения газообразных продуктов необходимо сжигать для предотвращения их выброса в окружающую среду, что приводит к резкому росту продуктов сгорания, которые вбрасываются в окружающую среду и загрязняют воздух.
Термическое разложение масла совместно с углеродным остатком позволяет одновременно с получением сажи (образуется в результате термического разложения масла) осуществить прогрев и прокаливание углеродного остатка. В результате прогрева и прокаливания углеродного остатка из него удаляются остаточные летучие продукты (остаются после термического разложения резиновых отходов в количестве до 10 - 20 масс.%), выгорают сернистые соединения, разрушаются сростки частиц золы и углерода, происходит измельчение частиц углеродного остатка. Данные эффекты приводят к тому, что углеродный остаток обогащается углеродом и снижается содержание водорода, т.е. устанавливается требуемое по показателям качества сажи атомное отношение водорода к углероду (Н:С). В противном случае (при более высоких значениях атомного отношения водорода к углероду) углеродный остаток будет представлять собой не сажу, а кокс. Известно (см. Сюняев З.И. Нефтяной углерод, М.: Химия, 1980, с.21), что атомное отношение водорода к углероду в качественных сажах должно изменяться в пределах 0,02 - 0,07, а в коксах данное отношение находится в пределах Н:С = 0,2 - 0,6.
Поскольку при изготовлении резины используется сажа, которая при термическом разложении резиновых отходов не изменяет своей структуры (остается сажей), то для получения сажи из углеродного остатка (регенерации ее) необходимо из данного остатка удалить все примеси (золу и летучие соединения). Однако в процессе термического разложения резины частицы золы образуют сростки с частицами сажи, т.е. происходит соединение частиц углерода с частицами золы. Таким образом, для обогащения углеродного остатка (удаления золы) данные сростки необходимо разрушить, после чего специальными методами (электромагнитная сепарация, механическое разделение, флотация) возможно разделение частиц углерода и частиц золы, т.е. выделение сажи из углеродного остатка.
При прокаливании углеродного остатка в результате возникающих термических напряжений в сростках (из-за разных объемных расширений частиц сажи и частиц золы) частицы сажи отделяются от частиц золы, что обеспечивает возможность на последующих этапах произвести выделение сажи из углеродного остатка.
При образовании сажи из масла часть последнего сгорает, а из оставшейся части образуется сажа в виде частиц, которые нагреты до высокой температуры. Таким образом, при термическом разложении масла совместно с углеродным остатком теплота, выделяющаяся при сгорании части масла расходуется не только на образование сажи, но и на нагрев частиц углеродного остатка. При этом нагретые (раскаленные) до высокой температуры (1100 °С и более) образовавшиеся из масла частицы сажи контактируют (соприкасаются) с частицами углеродного остатка, что приводит к быстрому разогреву последних, в результате чего из остатка удаляются остаточные летучие продукты и возникают термические напряжения в частицах углеродного остатка. Остаточные летучие продукты, которые удаляются из углеродного остатка, подвергаются интенсивному нагреву (при отсутствии кислорода) в результате теплообмена с нагретыми частицами сажи и продуктами сгорания масла, что приводит к термическому разложению летучих продуктов с образованием газов и сажи. Таким образом, выход сажи при совместном термическом разложении масла с углеродным остатком увеличивается за счет дополнительного образования сажи из остаточных летучих продуктов.
Предварительное перед термическим разложением распыление масла и смешивание с измельченным углеродным остатком позволяет предотвратить выгорание сажи из углеродного остатка (сажи, которая была использована при изготовлении резины и находится в углеродном остатке), что повышает выход сажи из резиновых отходов и, в конечном счете, обеспечивает снижение энергоемкости всего процесса получения сажи из отходов.
Эффект предотвращения выгорания сажи из углеродного остатка достигается за счет того, что частицы углеродного остатка при смешивании с каплями масла осаждаются на последних (капли масла захватывают частицы углеродного остатка). При термическом разложении такой смеси на сажу и газы путем ее неполного сжигания в первую очередь сгорают пары масла, которые образуются при нагреве капель масла, а сгорания частиц углеродного остатка, т.е. сажи практически не происходит.
Распыление масла до капель размером менее 0,2 мм связано с ростом энергетических затрат на процесс распыления, а также приводит к резкому росту удельной поверхности такой дисперсной системы (аэрозоля), в результате чего такие капли при термическом разложении будут быстро испаряться (при подаче таких частиц в нагретую до высокой температуры газовую среду происходит их быстрое испарение), в результате чего частицы углеродного остатка, которые находились на поверхности капель масла будут интенсивно сгорать (будет происходить выгорание сажи), что приведет к снижению выхода сажи и, как следствие, к росту энергоемкости процесса получения сажи из резиновых отходов.
Распыление масла до частиц более 2мм и подача такой смеси (капли масла и частицы углеродного остатка) в реактор для получения сажи приведет к осаждению капель на стенки реактора для получения сажи и коксованию их, в результате чего процесс получения сажи будет нарушен.
Для приготовления смеси капли масла и частицы углеродного остатка, в которой частицы углеродного остатка находятся на поверхности капель масла, или же внутри их необходимо использовать измельченный до определенных размеров углеродный остаток. При этом измельчение углеродного остатка до размеров менее 0,1 мм связано со значительным ростом энергетических затрат на процесс измельчения, а также с тем, что частицы размером менее 0,1 мм интенсивно агрегируют (создают агрегаты), которые необходимо разрушать перед смешиванием углеродного остатка с распыленным маслом.
Использование углеродного остатка с размером частиц более 1,0 мм не позволит создать смесь, в которой частицы остатка находятся на поверхности капель масла, либо внутри данных капель. В этом случае будет происходить интенсивное выгорание сажи из частиц углеродного остатка, так как испарение масла приводит к уменьшению капель, в результате чего частицы углеродного остатка начинаю выгорать, т.е. сгорает сажа.
Смешивание капель масла с частицами углеродного остатка при весовом соотношении менее 0,05 кг остатка на 1 кг масла (менее 1 :0,05) и термическое разложение такой смеси не приводит к увеличению выхода сажи, а также не обеспечивает создание равномерной смеси. Из-за малого количества углеродный остаток распределяется неравномерно по объему смеси, что приводит к нарушению процесса получения сажи.
Смешивание капель масла с частицами углеродного остатка при весовом соотношении более 3 кг остатка на 1 кг масла приведет к тому, что углеродный остаток будет интенсивно поглощать масло (масло будет впитываться в частицы углерода), в результате чего не будет образовано масляной пленки, покрывающей частицы остатка, и углерод будет выгорать, а выход сажи резко уменьшится.
Газообразные продукты после выделения масла содержат горючие газы, которые необходимо утилизировать для предотвращения выброса их в окружающую среду и, поэтому, данные газы целесообразно сжигать в горелках печи для получения сажи, в результате чего отпадает необходимость в использовании дополнительного топлива.
Газы термического разложения масла и углеродного остатка содержат горючие составляющие, поэтому их целесообразно сжигать для получения энергии, которая необходима для термической обработки газообразных продуктов разложения отходов, в результате чего снижается энергоемкость процесса получения сажи и предотвращаются выбросы вредных соединений (газы содержат оксид углерода, бензапирен и др.) в окружающую среду. Заявленное изобретение для специалиста явным образом не следует из уровня техники, что подтверждает соответствие его критерию «изобретательский уровень».
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг.1 приведена схема установки, на которой реализуют способ получения сажи из резиновых отходов.
Устройство содержит бункер 1 с отходами, дозатор 2, подключенный к бункеру 1, приемный бункер 3, установленный на реакторе 4, весы 5, двигатель 6, подключенный к шнеку 7, выход 8, подключенный к реактору 4, емкость с топливом 9, горелку 10, вентилятор 11, теплообменник 12 с рубашкой 13, дымовую трубу 14, газодувку 15, датчики температуры 16 и 17, выход 18, подключенный к реактору 4, кран-распределитель 19, датчик давления 20, конденсатор 21, кран 22, подключенный к емкости 23, горелки 24 и 25, установленные в печи для получения сажи 26, вентилятор 27 с краном 28, лопастной дозатор 29, подключенный к охлаждающему барабану 30, двигатель 31, подключенный к шнеку 32, выход 33, подключенный к охлаждающему барабану 30 и магнитному сепаратору 34, накопители 35 и 36, подключенные к магнитному сепаратору 34, мельницу с набором сит 37, накопитель 38, насос 39, подключенный к емкости 23, расходомер 40, форсунку 41, камеру смешения 42, воздуходувку 43, двойной инжектор 44, весовой дозатор 45, камеру сгорания 46, холодильник 47, емкость 48, насос 49, форсунку 50, циклон 51, магнитный сепаратор 52, накопитель 53, гранулятор 54, сушилку 55, накопитель 56.
Согласно изобретению, получение сажи из резиновых отходов осуществляют следующим образом.
Из бункера 1 через дозатор 2 в приемный бункер 3 реактора 4 через весы
5 с заданным весовым расходом подают измельченные резиновые отходы. Одновременно с помощью двигателя 6 приводят во вращение шнек 7, который забирает отходы из приемного бункера 3 и перемещает их по реактору 4 к выходу из него 8. Из емкости с топливом 9 в горелку 10 подают жидкое топливо и сжигают его, а образующиеся продукты сгорания с помощью вентилятора 11 прокачивают через кожухотрубный теплообменник 12, рубашку 13 реактора 4 и выбрасывают в дымовую трубу 14. Одновременно с помощью газодувки 15 через трубы теплообменника 12 прокачивают газовую среду (в начале процесса основной составляющей данной среды является воздух) и подают ее в реактор 4 навстречу перемещаемым шнеком 7 резиновым отходам. Проходя через трубы теплообменника 12, газовая среда нагревается, и температуру нагрева ее контролируют по показаниям датчика температуры 16. Нагретая газовая среда, протекая через реактор 4, отдает тепло резиновым отходам, которые нагреваются до заданной температуры, что контролируют по показаниям датчика температуры 17. Пройдя через реактор 4, газовая среда через выход 18 реактора 4 поступает в кран- распределитель 19, с помощью которого газовую среду направляют в трубы теплообменника 12.
Таким образом, газовую среду прокачивают по контуру теплообменник
12 - реактор 4 до тех пор, пока не начнется выделение газов пиролиза из резиновых отходов.
Необходимое для нагрева и пиролиза резиновых отходов тепло передается им как от нагретых стенок реактора, так и в результате теплообмена с прокачиваемой через реактор 4 газовой средой. При этом стенки реактора нагреваются в результате прокачки через рубашку 13 продуктов сгорания топлива в горелке 10.
Перемещаясь под действием шнека 7 по реактору 4, отходы нагреваются, и при достижении определенной температуры (зависит от вида резиновых отходов) начинается их термическое разложение (пиролиз) с выделением газообразных продуктов и образованием углеродного остатка.
В результате выделения газообразных продуктов, которые поступают в циркулирующую по контуру теплообменник 12 - реактор 4 газовую среду, давление в реакторе поднимается, что контролируют по показаниям датчика давления 20. При достижении определенного избыточного давления, например 1 атм, с помощью крана-распределителя 19 часть газообразных продуктов в смеси с газовой средой выводят в конденсатор 21 и охлаждают путем теплообмена с прокачиваемой через конденсатор водой, в результате чего в конденсаторе 21 выделяют масло.
Количество отводимых газообразных продуктов из теплообменника 12 в конденсатор 21 и возвращаемых в реактор 4 регулируют с помощью крана- распределителя 19 таким образом, чтобы давление в реакторе 4 не снижалось ниже атмосферного (в этом случае возможен подсос в реактор воздуха из окружающей среды и возгорание, что приведет к остановке процесса), а также не превышало 1 атм, поскольку при более высоких давлениях необходимо использовать реактор с более прочными стенками, что в результате приведет к росту металлоемкости всей установки.
Газообразные продукты, проходя через трубы теплообменника, нагреваются до температуры 1200 - 1300°С, в результате чего происходит термическое разложение высокомолекулярных соединений, и молекулярная масса данных продуктов снижается. Далее, проходя через реактор 4, газообразные продукты отдают тепло резиновым отходам и охлаждаются. Таким образом предотвращается вывод нагретых до высокой температуры газообразных продуктов в конденсатор 21, полезно используется тепло газообразных продуктов (на нагрев и пиролиз отходов) и снижается расход охлаждающей воды, прокачиваемой через конденсатор 21. Все это приводит к снижению энергетических затрат на процесс получения сажи из отходов.
Выделенное из газообразных продуктов масло из конденсатора 21 через кран 22 сливают в емкость 23, после чего газообразные продукты подают в горелки 24 и 25 печи для получения сажи 26 и сжигают. Для этого с помощью вентилятора 27 и крана 28 регулируют подачу воздуха в горелки 24 и 25, чтобы обеспечить полное сжигание газообразных продуктов.
Образующийся углеродный остаток непрерывно выводят из реактора 4 через выход 8 и подают в лопастной дозатор 29, который выгружает остаток в охлаждающий барабан 30. Одновременно с подачей углеродного остатка в охлаждающий барабан 30 с помощью двигателя 31 приводят во вращение шнек 32 и перемещают углеродный остаток по барабану к его выходу 33. При этом через рубашку барабана прокачивают охлаждающую воду. Перемещаясь по барабану 30, углеродистый остаток охлаждается в результате теплообмена с холодными стенками барабана и одновременно под действием шнека 32 измельчается, в результате чего металлический корд отдаляется от углеродного остатка, что необходимо для последующего выделения металлического корда из углеродного остатка.
Из охлаждающего барабана через выход 33 непрерывно углеродный остаток и металлический корд подают в магнитный сепаратор 34, где отделяют металл от углеродного остатка и направляют металл в накопитель 35, а углеродный остаток подают в накопитель 36. Из накопителя 36 углеродный остаток подают в мельницу с набором сит 37, измельчают остаток и с помощью сит выделяют фракцию с частицами диаметром 0,1 - 1,0 мм, которую подают в накопитель 38, а остаточную крупную фракцию возвращают в мельницу 37 для дополнительного измельчения.
Из емкости с маслом 23 с помощью насоса 39 с заданным расходом (контролируют по показаниям расходомера 40) в форсунку 41 подают масло и распыляют его в камере смешения 42 печи для получения сажи 26 до размеров капель 0,2 - 2,0 мм. Одновременно из накопителя 38 с помощью воздуходувки 43 через двойной инжектор 44 с заданным весовым расходом (контролируют по показаниям весового дозатора 45) в поток распыленного масла в камере смешения 42 печи для получения сажи 26 инжектируют частицы углеродного остатка.
Из камеры смешения 42 образовавшаяся смесь масла и частиц углеродного остатка поступает в вихревой факел пламени, который образуется при сжигании газообразных продуктов в горелках 24 и 25, установленных тангенциально в камере сгорания 46.
Поток продуктов сгорания и сажи, которая образовалась в результате термического разложения масла и выделилась из углеродного остатка, из печи 26 выводят в холодильник 47, куда из емкости 48 с помощью насоса 49 через форсунку 50 распыляют воду, в результате чего температура продуктов сгорания и сажи снижается. Охлажденную смесь из холодильника 47 подают в циклон 51, в котором из газового потока выделяют частицы сажи и золы и подают их в магнитный сепаратор 52, в котором разделяют сажу и магнитные примеси (золу). Золу из магнитного сепаратора 52 подают в накопитель 53, а сажу подают в гранулятор 54 и гранулируют, после чего гранулы подают в сушилку 55, сушат и выгружают в накопитель 56.
Очищенные в циклоне 51 от сажи и золы газы содержат горючие составляющие и, поэтому, газы подают в горелку 10 и сжигают, а тепло используют для термической обработки газообразных продуктов, что приводит к снижению энергоемкости процесса и позволяет предотвратить выброс вредных соединений (сгорают в горелке 10) в атмосферу.
ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.
Из бункера 1 через дозатор 2 в приемный бункер 3 реактора 4 через весы 5 с весовым расходом 500 кг/ч непрерывно подают измельченные резиновые отходы. Одновременно с помощью двигателя 6 приводят во вращение шнек 7, который забирает отходы из приемного бункера 3 и перемещает их по реактору 4 к выходу из него 8. Из емкости с топливом 9 в горелку 10 подают жидкое топливо с расходом 35 кг/ч и сжигают его, а образующиеся продукты сгорания в количестве 420 кг/ч с помощью вентилятора 11 прокачивают через кожухотрубный теплообменник 12, рубашку 13 реактора 4 и выбрасывают в дымовую трубу 14. Одновременно с помощью газодувки 15 через трубы теплообменника 12 прокачивают газовую среду (в начале процесса основной составляющей данной среды является воздух) и подают ее в реактор 4 навстречу перемещаемым шнеком 7 резиновым отходам. Проходя через трубы теплообменника 12, газовая среда нагревается до температуры 1200°С, что контролируют по показаниям датчика температуры 16. Нагретая газовая среда, протекая через реактор 4, отдает тепло резиновым отходам, которые нагреваются, что контролируют по показаниям датчика температуры 17. При этом температура нагрева отходов изменяется по длине реактора. На входе в реактор отходы имеют температуру, близкую к температуре окружающей среды, а на выходе из реактора температура отходов возрастает (контролируют по показаниям датчика температуры). Поэтому, при заданном расходе отходов с помощью газодувки изменяют расход газовой среды, прокачиваемой через реактор таким образом (уменьшают, или увеличивают расход), чтобы на выходе из реактора температура отходов не превышала 400°С. В нашем случае при данной температуре (зависит от вида отходов) основное количество газообразных продуктов выделяется из отходов.
Пройдя через реактор 4, газовая среда через выход 18 реактора 4 поступает в кран- распределитель 19, с помощью которого газовую среду направляют в трубы теплообменника 12.
Таким образом, газовую среду прокачивают по контуру теплообменник 12 - реактор 4 до тех пор, пока не начнется выделение газов пиролиза из резиновых отходов. Необходимое для нагрева и пиролиза резиновых отходов тепло передается им как от нагретых стенок реактора, так и в результате теплообмена с прокачиваемой через реактор 4 газовой средой. При этом стенки реактора нагреваются в результате прокачки через рубашку 13 продуктов сгорания топлива в горелке 10.
Необходимое количество тепла для термического разложения 500 кг изношенных шин определяется следующим образом:
Q общ = QHarp. + (Зразл. + (^потерь ,
Q общ = 1,2{( Ср отходов Мотх.(Т2 - Т1 ) + qMoTx)}.
Qo6 . = 1,2{( 1,4 кДж кг °С 500 кг ( 400 °С - 20 °С ) +
+ 600 кДж/кг 500 кг)} = 679200 кДж,
где QO6IH. - общее количество тепла, необходимого для термического разложения отходов: QHarp. - тепло нагрева отходов до температуры 400°С ; Q разл. - тепло, затрачиваемое на разложение отходов; QnoTepb - тепловые потери, составляющие 20 % от общего количества тепла; q - удельное тепло разложения, составляющее для резиновых отходов 600 кДж/кг; Мотх.= 500 кг - масса отходов; Т1 = 20 °С и Т2 = 400 °С - начальная и конечная температура отходов; Ср отходов - удельная теплоемкость отходов, равная 1,4 кДж/кг °С.
При сжигании 35 кг/ч топлива в горелке 8 выделяется количество теплоты, равное 35 кг/ч . 40 000 кДж/кг = 1400 000 кДж/ч. Пусть коэффициент полезного действия теплообменника 12 в данном случае составляет 40%, т.е. газовой среде, которая протекает через трубы теплообменника 12, передается следующее количество тепла 1400 000 кДж/ч . 0,4 = 560 000 кДж/ч.
Часть тепла, которое выделяется в результате сжигания топлива в горелке 10 с потоком дымовых газов, которые проходят через рубашку 13 реактора 4, передается стенкам реактора и далее от стенок реактора передается резиновым отходам. Пусть в нашем случае стенкам реактора передается 16,51% тепла, т.е. 1400 000 кДж/ч . 0,1651 = 231200 кДж ч. Таким образом, отходы нагреваются как в результате прямой передачи тепла при течении нагретой газовой среды через реактор 4, так и путем теплообмена от нагретых стенок реактора 4. Пусть в нашем случае от газовой среды отходам передается 80% тепла, т.е. 560 000 кДж/ч . 0,8 = 448 000 кДж/ч. Суммарное количество тепла, которое передается резиновым отходам, составит величину 448 000 кДж/ч + 231 200 кДж/ч = 679 200 кДж/ч. Таким образом, в течение 1 ч отходам передается необходимое для их нагрева и термического разложения (пиролиза) количество тепла.
Перемещаясь под действием шнека 7 по реактору 4, отходы нагреваются и при достижении определенной температуры (зависит от вида резиновых отходов) начинается их термическое разложение (пиролиз) с выделением газообразных продуктов и образованием углеродного остатка.
Пусть в нашем случае при термическом разложении резиновых отходов выделяется 40 масс.% газообразных продуктов и образуется 60 масс.% углеродного остатка, в котором содержится 10 масс. % металлического корда, 10 масс.% золы и 10 масс.% летучих углеводородов. Таким образом, в нашем случае при разложении отходов образуется 500 кг . 0,4 = 200 кг газообразных продуктов и 300 кг углеродного остатка, в котором содержится 30 кг металлического корда и 30 кг золы и 30 кг летучих углеводородов.
В результате выделения газообразных продуктов, которые поступают в циркулирующую по контуру теплообменник 12 - реактор 4 газовую среду, давление в реакторе поднимается, что контролируют по показаниям датчика давления 20.
Газообразные продукты, проходя через трубы теплообменника, нагреваются до температуры 1200°С, в результате чего происходит термическое разложение высокомолекулярных соединений, и молекулярная масса данных продуктов снижается. Далее, проходя через реактор 4, газообразные продукты отдают тепло резиновым отходам и охлаждаются. Таким образом, предотвращается вывод нагретых до высокой температуры газообразных продуктов в конденсатор 21, полезно используется тепло газообразных продуктов (на нагрев и пиролиз отходов) и снижается расход охлаждающей воды, прокачиваемой через конденсатор 21. Все это приводит к снижению энергетических затрат на процесс получения сажи из отходов.
При достижении определенного избыточного давления, например 1 атм., с помощью крана-распределителя 19 газообразные продукты с расходом 200 кг/ч непрерывно выводят в конденсатор 21 и охлаждают путем теплообмена с прокачиваемой через конденсатор водой, в результате чего в конденсаторе 21 выделяют масло. В нашем случае из газообразных продуктов выделяется 160 кг/ч масла. Вьщеленное из газообразных продуктов масло из конденсатора 21 через кран 22 с расходом 160 кг/ч сливают в емкость 23, после чего газообразные продукты подают в горелки 24 и 25 печи для получения сажи 26 с расходом 40 кг/ч и сжигают. Для этого с помощью вентилятора 27 и крана 28 в горелки 24 и 25 подают воздух с расходом 400 кг/ч, что обеспечивает полное сжигание газообразных продуктов, в результате чего образуется 440 кг/ч продуктов сгорания.
Образующийся углеродный остаток с расходом 300 кг/ч непрерывно выводят из реактора 4 через выход 8 и подают в лопастной дозатор 29, который выгружает остаток в охлаждающий барабан 30. Одновременно с подачей углеродного остатка в охлаждающий барабан 30 с помощью двигателя 31 приводят во вращение шнек 32 и перемещают углеродный остаток по барабану к его выходу 33. При этом через рубашку барабана прокачивают охлаждающую воду. Перемещаясь по барабану 30, углеродистый остаток охлаждается в результате теплообмена с холодными стенками барабана и одновременно под действием шнека 32 измельчается, в результате чего металлический корд отдаляется от углеродного остатка, что необходимо для последующего выделения металлического корда из углеродного остатка.
Из охлаждающего барабана через выход 33 непрерывно с расходом 300 кг/ч углеродный остаток и металлический корд подают в магнитный сепаратор 34, где отделяют металл в количестве 30 кг/ч от углеродного остатка и направляют металл в накопитель 35, а углеродный остаток с расходом 270 кг/ч подают в накопитель 36. Из накопителя 36 углеродный остаток подают в мельницу с набором сит 37, измельчают остаток и с помощью сит выделяют фракцию с частицами диаметром 0,1 мм, которую подают в накопитель 38, а остаточную крупную фракцию возвращают в мельницу 37 для дополнительного измельчения.
Из емкости с маслом 23 с помощью насоса 39 с расходом 160 кг/ч (контролируют по показаниям расходомера 40) в форсунку 41 подают масло и распыляют его в камере смешения 42 печи для получения сажи 26 до размеров капель 0,2 мм. Одновременно из накопителя 38 с помощью воздуходувки 43 через двойной инжектор 44 с заданным весовым расходом 8 кг/ч (контролируют по показаниям весового дозатора 45) в поток распыленного масла в камере смешения 42 печи для получения сажи 26 инжектируют частицы углеродного остатка (размер частиц 0,1 мм). Таким образом, устанавливают весовое соотношение масла и углеродного остатка равное 160 кг : 8 кг = 1 : 0,05.
Из камеры смешения 42 образовавшаяся смесь масла и частиц углеродного остатка с расходом 168 кг/ч поступает в вихревой факел пламени, который образуется при сжигании газообразных продуктов в горелках 24 и 25, установленных тангенциально в камере сгорания 46.
В нашем случае часть масла сгорает (20 % от массы масла, т.е. 160 кг/ч . 0.2 = 32 кг/ч), часть масла термически разлагается с образованием сажи (40 % от массы масла, т.е. 160 кг/ч . 0,4 = 64 кг/ч), а часть масла термически разлагается с образованием горючих газов (40 % от массы масла, т.е. 160 кг/ч . 0.4 = 64 кг/ч). Удельная теплота сгорания данных газов составляет 20 МДж/кг.
Углеродный остаток в вихревом факеле пламени нагревается и частично сгорает (10 % от массы остатка, т.е. 8 кг/ч . 0,1 = 0,8 кг/ч). В результате нагрева до высокой температуры (более 1000°С) из углеродного остатка удаляются летучие в количестве 10 % от массы, т.е. 0,8 кг/ч, которые подвергаются термическому разложению с образованием сажи и газов. Пусть в нашем случае из летучих образуется 15 масс.% сажи (0,12 кг/ч) и 85 масс. % газов (0,68 кг/ч).
Таким образом, из углеродного остатка выделяется 0,8 кг/ч летучих продуктов, 0,8 кг/ч углеродного остатка сгорает, разрушаются сростки и отделяется зола в количестве 10 масс.% (т.е. 0,8 кг/ч) и выделяется сажа, которая была использована при производстве резины, т.е. из углеродного остатка выделяется сажа в количестве 8 кг/ч - 0,8 кг/ч - 0,8 кг/ч - 0,8 кг/ч = 5,6 кг/ч.
В печи 26 образуются газы в количестве 440 кг/ч + 384 кг/ч + 64 кг/ч + 8 кг/ч + 0,68 кг/ч =896,68 кг/ч. В данном балансе 440 кг/ч являются продуктами сгорания газообразных продуктов после отделения масла, 384 кг/ч - продукты сгорания 32 кг/ч масла, 64 кг/ч - горючие газы, образовавшиеся при термическом разложении масла, 8 кг/ч - продукты сгорания 0,8 кг углеродного остатка, 0,68 кг/ч - горючие газы, образовавшиеся при термическом разложении летучих углеводородов.
Поток продуктов сгорания и сажи с расходом 896,68 кг/ч + 69,6 кг + 0,12 = 966,4 кг/ч из печи 26 выводят в холодильник 47, куда из емкости 48 с помощью насоса 49 через форсунку 50 распыляют воду с расходом 300 кг/ч, в результате чего температура продуктов сгорания и сажи снижается. Охлажденную смесь из холодильника 47 подают в циклон 51, в котором из газового потока выделяют частицы сажи и золы и подают их в магнитный сепаратор 52, в котором разделяют сажу и золу. В магнитном сепараторе выделяют 50 масс.% золы, т.е. 0,4 кг/ч, а остальная зола остается в саже. Сажу выделяют в количестве 64 кг/ч + 5,6 кг/ч + 0,12 кг/ч + о,4 кг/ч = 70,12 кг/ч. Золу из магнитного сепаратора 52 в количестве 0,4 кг/ч подают в накопитель 53, а сажу подают в гранулятор 54 и гранулируют, после чего гранулы подают в сушилку 55, сушат и выгружают в накопитель 56.
Содержание золы в саже составит (0,4 кг/70,12 кг). 100 % = 0,57 %, что значительно ниже, чем в саже, которую получают по способам, являющимся аналогами и прототипом (до 14 масс.%).
Очищенные в циклоне 51 от сажи и золы газы содержат горючие компоненты. Данные газы в количестве 966,4 кг/ч + 300 кг/ч - 70,12 кг/ч = 1196, 28 кг/ч подают в горелку 10 и сжигают. Удельная теплота сгорания данных газов составляет 1100 кДж/кг.
Очищенные в циклоне 51 от сажи и золы газы содержат горючие составляющие и, поэтому, эти газы подают в горелку 10 и сжигают, а тепло используют для термической обработки газообразных продуктов, что приводит к снижению энергоемкости процесса и позволяет предотвратить выброс вредных соединений (сгорают в горелке 10) в атмосферу.
Сжигание газов термического разложения эквивалентно сжиганию 32 кг жидкого топлива с удельной теплотой сгорания 40 МДж/кг. Это позволяет снизить подачу жидкого топлива в горелку 10 с 35 кг/ч до 3 кг/ч, что приводит к снижению энергоемкости процесса и позволяет предотвратить выброс вредных соединений (сгорают в горелке 10) в атмосферу.
Пример 2.
Из бункера 1 через дозатор 2 в приемный бункер 3 реактора 4 через весы 5 с весовым расходом 1000 кг/ч непрерывно подают измельченные резиновые отходы. Одновременно с помощью двигателя 6 приводят во вращение шнек 7, который забирает отходы из приемного бункера 3 и перемещает их по реактору 4 к выходу из него 8. Из емкости с топливом 9 в горелку 10 подают жидкое топливо с расходом 70 кг/ч и сжигают его, а образующиеся продукты сгорания в количестве 840 кг/ч с помощью вентилятора 11 прокачивают через кожухотрубный теплообменник 12, рубашку 13 реактора 4 и выбрасывают в дымовую трубу 14. Одновременно с помощью газодувки 15 через трубы теплообменника 12 прокачивают газовую среду (в начале процесса основной составляющей данной среды является воздух) и подают ее в реактор 4 навстречу перемещаемым шнеком 7 резиновым отходам.
Проходя через трубы теплообменника 12 газовая среда нагревается до температуры 1300°С, что контролируют по показаниям датчика температуры 16. Нагретая газовая среда, протекая через реактор 4, отдает тепло резиновым отходам, которые нагреваются, что контролируют по показаниям датчика температуры 17. При этом температура нагрева отходов изменяется по длине реактора. На входе в реактор отходы имеют температуру близкую к температуре окружающей среды, а на выходе из реактора температура отходов возрастает (контролируют по показаниям датчика температуры). Поэтому, при заданном расходе отходов с помощью газодувки изменяют расход газовой среды, прокачиваемой через реактор таким образом (уменьшают, или увеличивают расход), чтобы на выходе из реактора температура отходов не превышала 400°С. В нашем случае при данной температуре (зависит от вида отходов) основное количество газообразных продуктов выделяется из отходов.
Пройдя через реактор 4, газовая среда через выход 18 реактора 4 поступает в кран- распределитель 19, с помощью которого газовую среду направляют в трубы теплообменника 12.
Таким образом, газовую среду прокачивают по контуру теплообменник 12 - реактор 4 до тех пор, пока не начнется выделение газов пиролиза из резиновых отходов.
Необходимое для нагрева и пиролиза резиновых отходов тепло передается им как от нагретых стенок реактора, так и в результате теплообмена с прокачиваемой через реактор 4 газовой средой. При этом стенки реактора нагреваются в результате прокачки через рубашку 13 продуктов сгорания топлива в горелке 10.
Необходимое количество тепла для термического разложения 1000 кг изношенных шин составляет величину 1358000 кДж. При сжигании 70 кг/ч топлива в горелке 8 выделяется количество теплоты, равное 70 кг/ч . 40 000 кДж/кг = 2800 000 кДж/ч. Пусть коэффициент полезного действия теплообменника 12 в данном случае составляет 40%, т.е. газовой среде, которая протекает через трубы теплообменника 12, передается следующее количество тепла 2800 000 кДж/ч . 0,4 = 1120 000 кДж/ч.
Часть тепла, которое выделяется в результате сжигания топлива в горелке 10 с потоком дымовых газов, которые проходят через рубашку 13 реактора 4, передается стенкам реактора и далее от стенок реактора передается резиновым отходам. Пусть в нашем случае стенкам реактора передается 16,5% тепла, т.е. 2800 000 кДж/ч . 0,165 = 462 000 кДж/ч. Таким образом, отходы нагреваются как в результате прямой передачи тепла при течении нагретой газовой среды через реактор 4, так и путем теплообмена от нагретых стенок реактора 4. Пусть в нашем случае от газовой среды отходам передается 80% тепла, т.е. 1120 000 кДж/ч . 0,8 = 896 000 кДж/ч. Суммарное количество тепла, которое передается резиновым отходам составит величину 896 000 кДж/ч + 462 000 кДж/ч = 1358000 кДж/ч. Таким образом, в течение 1 ч отходам передается необходимое для их нагрева и термического разложения (пиролиза) количество тепла.
Перемещаясь под действием шнека 7 по реактору 4, отходы нагреваются и при достижении определенной температуры (зависит от вида резиновых отходов) начинается их термическое разложение (пиролиз) с выделением газообразных продуктов и образованием углеродного остатка.
Пусть в нашем случае при термическом разложении резиновых отходов выделяется 40 масс.% газообразных продуктов и образуется 60 масс.% углеродного остатка, в котором содержится 10 масс.% металлического корда, 10 масс.% золы и 10 масс.% летучих углеводородов.. Таким образом, в нашем случае при разложении отходов образуется 1000 кг . 0,4 = 400 кг газообразных продуктов и 600 кг углеродного остатка, в котором содержится 60 кг металлического корда и 60 кг золы и 60 кг летучих углеводородов.
В результате выделения газообразных продуктов, которые поступают в циркулирующую по контуру теплообменник 12 - реактор 4 газовую среду, давление в реакторе поднимается, что контролируют по показаниям датчика давления 20. Газообразные продукты, проходя через трубы теплообменника, нагреваются до температуры 1300°С, в результате чего происходит термическое разложение высокомолекулярных соединений, и молекулярная масса данных продуктов снижается. Далее, проходя через реактор 4, газообразные продукты отдают тепло резиновым отходам и охлаждаются. Таким образом, предотвращается вывод нагретых до высокой температуры газообразных продуктов в конденсатор 21, полезно используется тепло газообразных продуктов (на нагрев и пиролиз отходов) и снижается расход охлаждающей воды, прокачиваемой через конденсатор 21. Все это приводит к снижению энергетических затрат на процесс получения сажи из отходов.
При достижении определенного избыточного давления, например 1 атм, с помощью крана-распределителя 19 газообразные продукты с расходом 400 кг/ч непрерывно выводят в конденсатор 21 и охлаждают путем теплообмена с прокачиваемой через конденсатор водой, в результате чего в конденсаторе 21 выделяют масло.
В нашем случае из газообразных продуктов выделяется 320 кг/ч масла. Выделенное из газообразных продуктов масло из конденсатора 21 через кран 22 с расходом 320 кг/ч сливают в емкость 23, после чего газообразные продукты подают в горелки 24 и 25 печи для получения сажи 26 с расходом 80 кг/ч и сжигают. Для этого с помощью вентилятора 27 и крана 28 в горелки 24 и 25 подают воздух с расходом 800 кг/ч, что обеспечивает полное сжигание газообразных продуктов, в результате чего образуется 880 кг/ч продуктов сгорания.
Образующийся углеродный остаток с расходом 600 кг/ч непрерывно выводят из реактора 4 через выход 8 и подают в лопастной дозатор 29, который выгружает остаток в охлаждающий барабан 30. Одновременно с подачей углеродного остатка в охлаждающий барабан 30 с помощью двигателя 31 приводят во вращение шнек 32 и перемещают углеродный остаток по барабану к его выходу 33. При этом через рубашку барабана прокачивают охлаждающую воду. Перемещаясь по барабану 30, углеродистый остаток охлаждается в результате теплообмена с холодными стенками барабана и одновременно под действием шнека 32 измельчается, в результате чего металлический корд отделяется от углеродного остатка, что необходимо для последующего выделения металлического корда из углеродного остатка.
Из охлаждающего барабана через выход 33 непрерывно с расходом 600 кг/ч углеродный остаток и металлический корд подают в магнитный сепаратор 34, где отделяют металл в количестве 60 кг/ч от углеродного остатка и направляют металл в накопитель 35, а углеродный остаток с расходом 540 кг/ч подают в накопитель 36. Из накопителя 36 углеродный остаток подают в мельницу с набором сит 37, измельчают остаток и с помощью сит выделяют фракцию с частицами диаметром 1,0 мм, которую подают в накопитель 38, а остаточную крупную фракцию возвращают в мельницу 37 для дополнительного измельчения.
Из емкости с маслом 23 с помощью насоса 39 с расходом 160 кг/ч (контролируют по показаниям расходомера 40) в форсунку 41 подают масло и распыляют его в камере смешения 42 печи для получения сажи 26 до размеров капель 2,0 мм. Одновременно из накопителя 38 с помощью воздуходувки 43 через двойной инжектор 44 с заданным весовым расходом 480 кг/ч (контролируют по показаниям весового дозатора 45) в поток распыленного масла в камере смешения 42 печи для получения сажи 26 инжектируют частицы углеродного остатка (размер частиц 1,0 мм). Таким образом, устанавливают весовое соотношение масла и углеродного остатка равное 160 кг : 480 кг = 1 : 3.
Из камеры смешения 42 образовавшаяся смесь масла и частиц углеродного остатка с расходом 640 кг/ч поступает в вихревой факел пламени, который образуется при сжигании газообразных продуктов в горелках 24 и 25, установленных тангенциально в камере сгорания 46.
В нашем случае часть масла сгорает (20 % от массы масла, т.е. 160 кг/ч .
0.2= 32 кг/ч), часть масла термически разлагается с образованием сажи (40 % от массы масла, т.е. 160 кг/ч . 0,4 = 64 кг/ч), а часть масла термически разлагается с образованием горючих газов (40 % от массы масла, т.е. 160 кг/ч . 0.4 = 64 кг/ч). Удельная теплота сгорания данных газов составляет 20 МДж/кг.
Углеродный остаток в вихревом факеле пламени нагревается и частично сгорает (10 % от массы остатка, т.е. 480 кг/ч . 0,1 = 48 кг/ч). В результате нагрева до высокой температуры (более 1000°С ) из углеродного остатка удаляются летучие в количестве 10 % от массы, т.е. 48 кг/ч, которые подвергаются термическому разложению с образованием сажи и газов. Пусть в нашем случае из летучих образуется 15 масс.% сажи (7,2 кг/ч) и 85 масс. % газов (40,8 кг/ч).
Таким образом, из углеродного остатка вьщеляется 48 кг/ч летучих продуктов, 48 кг/ч углеродного остатка сгорает, разрушаются сростки и отделяется зола в количестве 10 масс.% (т.е. 48 кг/ч) и вьщеляется сажа, которая была использована при производстве резины, т.е. из углеродного остатка вьщеляется сажа в количестве 480 кг/ч - 48 кг/ч - 48 кг/ч - 48 кг/ч = 336 кг/ч.
В печи 26 образуются газы в количестве 880 кг/ч + 384 кг/ч + 64 кг/ч + 480 кг/ч + 40,8 кг/ч =1848,8 кг/ч. В данном балансе 880 кг/ч являются продуктами сгорания газообразных продуктов после отделения масла, 384 кг/ч - продукты сгорания 32 кг/ч масла, 64 кг/ч - горючие газы, образовавшиеся при термическом разложении масла, 480 кг/ч - продукты сгорания углеродного остатка, 40,8 кг/ч - горючие газы, образовавшиеся при термическом разложении летучих.
Поток продуктов сгорания и сажи с расходом 1848,8 кг/ч + 336 кг + 7,2 кг/ч+64 кг/ч= 2256 кг/ч из печи 26 выводят в холодильник 47, куда из емкости 48 с помощью насоса 49 через форсунку 50 распыляют воду с расходом 600 кг/ч, в результате чего температура продуктов сгорания и сажи снижается. Охлажденную смесь из холодильника 47 подают в циклон 51, в котором из газового потока выделяют частицы сажи и золы и подают их в магнитный сепаратор 52, в котором разделяют сажу и золу. В магнитном сепараторе выделяют 50 масс.% золы, а остальная зола находится в саже в виде немагнитных примесей. Сажу выделяют в количестве 336 кг/ч + 64кг/ч + 7,2 кг/ч + 24 кг/ч = 431,2 кг/ч. Золу из магнитного сепаратора 52 в количестве 24 кг/ч подают в накопитель 53, а сажу подают в гранулятор 54 и гранулируют, после чего гранулы подают в сушилку 55, сушат и выгружают в накопитель 56.
Очищенные в циклоне 51 от сажи и золы газы в количестве: 1848,8 кг/ч + 600 кг/ч - 431,2 кг/ч =2017,6 кг/ч подают в горелку 10 и сжигают, а тепло используют для термической обработки газообразных продуктов, что приводит к снижению энергоемкости процесса и позволяет предотвратить выброс вредных соединений (сгорают в горелке 10) в атмосферу.
Сжигание газов термического разложения (теплота сгорания данных газов составляет 1050 кДж/кг) эквивалентно сжиганию 56 кг жидкого топлива с удельной теплотой сгорания 40 МДж/кг. Это позволяет снизить подачу жидкого топлива в горелку 10 с 70 кг/ч до 14 кг/ч, что приводит к снижению энергоемкости процесса и позволяет предотвратить выброс вредных соединений (сгорают в горелке 10) в атмосферу.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Заявленный способ получения сажи из резиновых отходов отличается от известных улучшенными показателями по энергетическим затратам, выбросам в окружающую среду и качеству получаемых продуктов, что подтверждает его соответствие критерию патентоспособности «промышленная применимость».

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ получения сажи из резиновых отходов, включающий их термическое разложение в реакторе, разделение продуктов разложения на газообразные и углеродный остаток, выделение из газообразных продуктов масла и термическое разложение его, отличающейся тем, что предварительно перед выделением масла газообразные продукты подвергают термической обработке путем нагрева до 1200-1300°С, таким образом осуществляют термическое разложение соединений с высокой молекулярной массой, в основном смол и асфальтенов, молекулярная масса которых изменяется в пределах от 500 до 1500, при этом нагрев газообразных продуктов ниже 1200°С приводит к резкому снижению скорости термического разложения высокомолекулярных соединений, в результате чего необходима длительная выдержка газообразных продуктов при данной температуре для обеспечения полного разложения высокомолекулярных соединений, что в итоге приводит к резкому росту энергетических затрат на осуществление процесса получения сажи, а нагрев газообразных продуктов до температуры выше 1300°С приводит к резкому росту количества образующихся неконденсирующихся газов и, как следствие, к снижению количества масла, выделенного из газообразных продуктов, резкому росту продуктов сгорания, которые выбрасываются в окружающую среду и загрязняют воздух, термическим разложением соединений с высокой молекулярной массой сужают интервал кипения получаемого из газообразных продуктов масла до 340-400°С с молекулярной массой 200-300 и снижают его коксуемость, превращают его в высокосортное жидкое сырье для получения сажи, как показывает практика, коксуемость сырья для производства печных саж не должна превышать 1,5%, предварительной термической обработкой газообразных продуктов перед выделением масла их обогащают горючими газами, которые образуются при разложении высокомолекулярных соединений, повышают удельную теплоту сгорания газообразных продуктов после выделения масла, что позволяет сжигать их для обеспечения термического разложения масла и углеродного остатка, предварительно перед термическим разложением масло распыляют до размеров капель 0,2-2,0 мм, после чего смешивают с измельченным до размеров частиц 0,1-1,0 мм углеродным остатком в соотношении 1: (0,05 - 3,0), чем предотвращают выгорание сажи из углеродного остатка, полученную смесь подвергают термическому разложению на сажу и газы, причем распыление масла до капель размером менее 0,2 мм связано с ростом энергетических затрат на процесс распыления, а также приводит к резкому росту удельной поверхности такой дисперсной системы - аэрозоля, в результате чего такие капли при термическом разложении будут быстро испаряться - при подаче таких частиц в нагретую до высокой температуры газовую среду происходит их быстрое испарение, в результате чего частицы углеродного остатка, которые находились на поверхности капель масла будут интенсивно сгорать - будет происходить выгорание сажи, что приведет к снижению выхода сажи и, как следствие, к росту энергоемкости процесса получения сажи из резиновых отходов, распыление масла до частиц более 2 мм и подача такой смеси - капли масла и частицы углеродного остатка в реактор для получения сажи приведет к осаждению капель на стенки реактора для получения сажи и коксованию их, в результате чего процесс получения сажи будет нарушен, для приготовления смеси капли масла и частицы углеродного остатка, в которой частицы углеродного остатка находятся на поверхности капель масла, или же внутри их, используют измельченный до размеров частиц 0,1-1,0 мм углеродный остаток, при этом измельчение углеродного остатка до размеров менее 0,1 мм связано со значительным ростом энергетических затрат на процесс измельчения, а также с тем, что частицы размером менее 0,1 мм интенсивно агрегируют - создают агрегаты, которые необходимо разрушать перед смешиванием углеродного остатка с распыленным маслом, использование углеродного остатка с размером частиц более 1,0 мм не позволит создать смесь, в которой частицы остатка находятся на поверхности капель масла, либо внутри данных капель, в этом случае будет происходить интенсивное выгорание сажи из частиц углеродного остатка, так как испарение масла приводит к уменьшению капель, в результате чего частицы углеродного остатка начинают выгорать, т.е. сгорает сажа, смешивание капель масла с частицами углеродного остатка при весовом соотношении менее 0,05 кг остатка на 1 кг масла - менее 1 :0,05 и термическое разложение такой смеси не приводит к увеличению выхода сажи, а также не обеспечивает создание равномерной смеси, из-за малого количества углеродный остаток распределяется неравномерно по объему смеси, что приводит к нарушению процесса получения сажи, смешивание капель масла с частицами углеродного остатка при весовом соотношении более 3 кг остатка на 1 кг масла приведет к тому, что углеродный остаток будет интенсивно поглощать масло - масло будет впитываться в частицы углерода, в результате чего не будет образовано масляной пленки, покрывающей частицы остатка, и углерод будет выгорать, а выход сажи резко уменьшится, термическое разложение масла осуществляют совместно с углеродным остатком с возможностью одновременного получения сажи, а также прогрева и прокаливания углеродного остатка, удаления из него остаточных летучих продуктов в количестве 10-20 масс %, выгорания сернистых соединений, разрушения сростков частиц золы и углерода, измельчения частиц углеродного остатка, обогащения углеродного остатка углеродом, снижения содержания водорода и установления требуемого по показателям качественной сажи атомного отношения водорода к углероду (Н:С) в пределах 0,02 - 0,07, в противном случае при более высоких значениях атомного отношения водорода к углероду (Н:С) в пределах 0,2-0,6 углеродный остаток будет представлять собой не сажу, а кокс, для получения сажи из углеродного остатка - ее регенерации из данного остатка удаляют все примеси - золу и летучие соединения, обогащение углеродного остатка, удаление золы - осуществляют его прокаливанием, при этом в результате возникновения термических напряжений в сростках частиц золы с частицами сажи из-за разных объемных расширений частиц сажи и частиц золы частицы сажи отделяют от частиц золы и после удаления золы методами электромагнитной сепарации, или механического разделения, или фильтрации разделяют частицы углерода и частицы золы, то есть выделяют сажу из углеродного остатка, при термическом разложении масла совместно с углеродным остатком теплоту, выделяющуюся при сгорании части масла, расходуют не только на образование сажи, но и на быстрый нагрев частиц углеродного остатка, удаление из него остаточных летучих продуктов и создание термических напряжений в частицах углеродного остатка, остаточные летучие продукты подвергают интенсивному нагреву при отсутствии кислорода нагретыми частицами сажи и продуктами сгорания масла, что приводит к термическому разложению летучих продуктов с образование газов и сажи, газообразные продукты после выделения масла сжигают и полученную тепловую энергию используют для обеспечения термического разложения масла и углеродного остатка, газы термического разложения масла и углеродного остатка сжигают, а полученную тепловую энергию используют для обеспечения термической обработки газообразных продуктов, необходимое количество тепла для термического разложения изношенных шин определяют из соотношения:
С бщ = Q нагр. + (Зразл. + (^потерь,
Qo6in. = 1,2 {(Ср отходов М отх. (Т2 - Т1) + qM отх)},
где Qo6m. - общее количество тепла, необходимого для термического разложения отходов: Q нагр. - тепло нагрева отходов до температуры 400°С; С^разл. - тепло, затрачиваемое на разложение отходов; Сшотерь - тепловые потери, составляющие 20% от общего количества тепла; q - удельное тепло разложения, составляющее для резиновых отходов 600 кДж/кг; М отх - масса отходов, кг; Т1 = 20°С и Т2 = 400°С - начальная и конечная температура отходов; Ср отходов - удельная теплоемкость отходов, равная 1,4 кДж/кг°С.
PCT/RU2012/000960 2011-12-13 2012-11-20 Способ получения сажи из резиновых отходов WO2013089587A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/302,989 US9169401B2 (en) 2011-12-13 2014-06-12 Method of production of soot from rubber waste

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011150813 2011-12-13
RU2011150813/05A RU2495066C2 (ru) 2011-12-13 2011-12-13 Способ получения сажи из резиновых отходов

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US14/302,989 Continuation US9169401B2 (en) 2011-12-13 2014-06-12 Method of production of soot from rubber waste

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013089587A1 true WO2013089587A1 (ru) 2013-06-20

Family

ID=48612913

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2012/000960 WO2013089587A1 (ru) 2011-12-13 2012-11-20 Способ получения сажи из резиновых отходов

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9169401B2 (ru)
RU (1) RU2495066C2 (ru)
WO (1) WO2013089587A1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107236559A (zh) * 2016-03-29 2017-10-10 北京三聚环保新材料股份有限公司 一种垃圾的处理工艺
CN112055741A (zh) * 2018-04-18 2020-12-08 亚历山大·特普利斯特斯基 从可再循环轮胎和/或橡胶制品获得含碳材料的方法

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10370539B2 (en) 2014-01-30 2019-08-06 Monolith Materials, Inc. System for high temperature chemical processing
US10100200B2 (en) 2014-01-30 2018-10-16 Monolith Materials, Inc. Use of feedstock in carbon black plasma process
US10138378B2 (en) 2014-01-30 2018-11-27 Monolith Materials, Inc. Plasma gas throat assembly and method
US11939477B2 (en) 2014-01-30 2024-03-26 Monolith Materials, Inc. High temperature heat integration method of making carbon black
CN110505745A (zh) 2014-01-31 2019-11-26 巨石材料公司 等离子体炬的设计
CA2975731C (en) * 2015-02-03 2024-01-02 Monolith Materials, Inc. Carbon black generating system
PL3253904T3 (pl) 2015-02-03 2021-01-11 Monolith Materials, Inc. Urządzenia i sposób chłodzenia regeneracyjnego
CN108292826B (zh) 2015-07-29 2020-06-16 巨石材料公司 Dc等离子体焰炬电力设计方法和设备
US10808097B2 (en) 2015-09-14 2020-10-20 Monolith Materials, Inc. Carbon black from natural gas
CN105331378B (zh) * 2015-10-28 2017-10-03 贵州安泰再生资源科技有限公司 一种废旧轮胎热解综合利用方法
WO2017190015A1 (en) 2016-04-29 2017-11-02 Monolith Materials, Inc. Torch stinger method and apparatus
MX2018013162A (es) 2016-04-29 2019-07-04 Monolith Mat Inc Adicion de calor secundario para el proceso y aparato de produccion de particulas.
MX2019010619A (es) 2017-03-08 2019-12-19 Monolith Mat Inc Sistemas y metodos para fabricar particulas de carbono con gas de transferencia termica.
RU2659247C1 (ru) * 2017-03-20 2018-06-29 Сергей Павлович Сусеков Способ переработки резиносодержащих отходов
CN115637064A (zh) 2017-04-20 2023-01-24 巨石材料公司 颗粒系统和方法
EA031040B8 (ru) * 2017-05-16 2019-03-29 Общество С Ограниченной Ответственностью "Модум-Техно" Способ получения сажи из резиновых отходов
EP3700980A4 (en) 2017-10-24 2021-04-21 Monolith Materials, Inc. PARTICULAR SYSTEMS AND PROCEDURES

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2153415C2 (ru) * 1998-10-21 2000-07-27 Апостолов Сергей Александрович Способ утилизации отработанных шин и отходов резинотехнических изделий и устройство для его реализации
RU2211144C2 (ru) * 2001-06-05 2003-08-27 Чиндяскин Вячеслав Александрович Способ переработки изношенных шин и резинотехнических изделий и устройство для его осуществления
RU2276170C2 (ru) * 2004-04-29 2006-05-10 Закрытое акционерное общество НПФ "ЭКОТЕХ" Способ получения сажи из резиновых отходов
US20100133085A1 (en) * 2006-12-19 2010-06-03 Richard Hutchins System And Method For Recycling Of Carbon-Containing Materials

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU747868A1 (ru) * 1975-04-24 1980-07-15 Ярославский Филиал Всесоюзного Научно-Исследовательского Института Технического Углерода Способ получени сажи
US5728361A (en) * 1995-11-01 1998-03-17 Ferro-Tech Tire Reclamation, Inc. Method for recovering carbon black from composites
RU2269415C2 (ru) * 2004-04-26 2006-02-10 Криворучко Евгений Петрович Способ термической переработки изношенных шин и установка для его осуществления
RU2408819C1 (ru) * 2009-09-30 2011-01-10 Андрей Николаевич Ульянов Установка для переработки твердых органических отходов

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2153415C2 (ru) * 1998-10-21 2000-07-27 Апостолов Сергей Александрович Способ утилизации отработанных шин и отходов резинотехнических изделий и устройство для его реализации
RU2211144C2 (ru) * 2001-06-05 2003-08-27 Чиндяскин Вячеслав Александрович Способ переработки изношенных шин и резинотехнических изделий и устройство для его осуществления
RU2276170C2 (ru) * 2004-04-29 2006-05-10 Закрытое акционерное общество НПФ "ЭКОТЕХ" Способ получения сажи из резиновых отходов
US20100133085A1 (en) * 2006-12-19 2010-06-03 Richard Hutchins System And Method For Recycling Of Carbon-Containing Materials

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107236559A (zh) * 2016-03-29 2017-10-10 北京三聚环保新材料股份有限公司 一种垃圾的处理工艺
CN112055741A (zh) * 2018-04-18 2020-12-08 亚历山大·特普利斯特斯基 从可再循环轮胎和/或橡胶制品获得含碳材料的方法

Also Published As

Publication number Publication date
RU2495066C2 (ru) 2013-10-10
US9169401B2 (en) 2015-10-27
US20140294716A1 (en) 2014-10-02
RU2011150813A (ru) 2013-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2495066C2 (ru) Способ получения сажи из резиновых отходов
RU2602147C2 (ru) Способ и устройство получения сажи из резиновых отходов
RU2392543C2 (ru) Способ и устройство переработки бытовых и промышленных органических отходов
RU2494128C2 (ru) Устройство для получения сажи из резиновых отходов
KR100843585B1 (ko) 가연성 폐기물 무공해 탄화처리 에너지생산 시스템
RU2763026C2 (ru) Печь
US10428277B2 (en) Device for processing scrap rubber
RU2394680C2 (ru) Способ и устройство для обработки резиновых отходов
JP2005272529A (ja) 廃棄プラスチックの油化設備
RU2666559C1 (ru) Установка для термической переработки отходов
RU2543619C1 (ru) Устройство для переработки резиновых отходов
US20220251392A1 (en) Thermolysis system and method for obtaining recovered carbon black and fuel from disused tires
WO2008002186A1 (fr) Installation de retraitement de déchets combustibles solides
WO2012167185A2 (en) Pyrolysis-based apparatus and methods
RU2696231C1 (ru) Способ утилизации углеродсодержащих материалов
CN104379501A (zh) 制备乙炔和合成气的方法
RU2502596C2 (ru) Способ переработки резиновых отходов
RU2632690C1 (ru) Способ вихревого быстрого пиролиза углеродсодержащих материалов и установка для его осуществления
RU2305032C1 (ru) Устройство для переработки отходов
US10703983B2 (en) Method for processing rubber-containing waste
KR20120052210A (ko) 폐타이어의 오일 회수 장치
RU2566407C9 (ru) Способ переработки нефтяных отходов
RU2791389C1 (ru) Способ термолиза и система для получения восстановленной сажи и топлива из отработанных шин
LT5679B (lt) Organinių medžiagų terminio perdirbimo būdas ir įrenginys
JPH06271307A (ja) 高分子系廃棄物からの活性炭製造設備

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12857565

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12857565

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1