WO2018097757A1 - Устройство для переработки резиновых отходов - Google Patents

Устройство для переработки резиновых отходов Download PDF

Info

Publication number
WO2018097757A1
WO2018097757A1 PCT/RU2017/000832 RU2017000832W WO2018097757A1 WO 2018097757 A1 WO2018097757 A1 WO 2018097757A1 RU 2017000832 W RU2017000832 W RU 2017000832W WO 2018097757 A1 WO2018097757 A1 WO 2018097757A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
reactor
heating
waste
pipes
outlet
Prior art date
Application number
PCT/RU2017/000832
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Алексей Сергеевич ГРАДОВ
Евгений Сергеевич СУСЕКОВ
Сергей Павлович СУСЕКОВ
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "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 Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственное Объединение Инноватех" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственное Объединение Инноватех"
Priority to EP17874196.3A priority Critical patent/EP3546546B1/de
Publication of WO2018097757A1 publication Critical patent/WO2018097757A1/ru
Priority to US16/412,610 priority patent/US10428277B2/en

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B17/00—Recovery of plastics or other constituents of waste material containing plastics
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B17/00—Recovery of plastics or other constituents of waste material containing plastics
    • B29B17/02—Separating plastics from other materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B17/00—Recovery of plastics or other constituents of waste material containing plastics
    • B29B17/04—Disintegrating plastics, e.g. by milling
    • 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
    • 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
    • C08J11/18—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 treatment with organic material
    • C08J11/20—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 treatment with organic material by treatment with hydrocarbons or halogenated hydrocarbons
    • 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
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B57/00—Other carbonising or coking processes; Features of destructive distillation processes in general
    • C10B57/18—Modifying the properties of the distillation gases in the oven
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/007—Screw type gasifiers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/02—Dust removal
    • C10K1/026—Dust removal by centrifugal forces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/04—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by cooling to condense non-gaseous materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B17/00—Recovery of plastics or other constituents of waste material containing plastics
    • B29B17/02—Separating plastics from other materials
    • B29B2017/0213—Specific separating techniques
    • B29B2017/0268—Separation of metals
    • B29B2017/0272—Magnetic separation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B17/00—Recovery of plastics or other constituents of waste material containing plastics
    • B29B17/04—Disintegrating plastics, e.g. by milling
    • B29B2017/0424—Specific disintegrating techniques; devices therefor
    • B29B2017/0496—Pyrolysing the materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2030/00—Pneumatic or solid tyres or parts thereof
    • 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
    • C10G2300/00—Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
    • C10G2300/10—Feedstock materials
    • C10G2300/1003—Waste materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/0946—Waste, e.g. MSW, tires, glass, tar sand, peat, paper, lignite, oil shale
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0973—Water
    • C10J2300/0976—Water as steam
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/12—Heating the gasifier
    • C10J2300/1246—Heating the gasifier by external or indirect heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/1687—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with steam generation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
    • C10J2300/1853—Steam reforming, i.e. injection of steam only
    • 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
    • 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
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/52—Mechanical processing of waste for the recovery of materials, e.g. crushing, shredding, separation or disassembly
    • 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
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/62—Plastics recycling; Rubber recycling

Definitions

  • the invention relates to waste processing technology and can be applied in the rubber, chemical industry, fuel and energy complex, as well as in the housing and communal services for obtaining fuel and raw materials from waste.
  • the rubber waste processing plant comprises a reactor, a filter, a furnace, heat exchange and separation equipment.
  • the reactor consists of two sections: sections for the thermolysis of rubber crumb and sections for bringing carbon black to commercial condition; both sections are combined by a common filter located between the sections, as well as located inside the reactor - spiral conveyor - solid product propulsion device, while a rotating spiral is used as a propulsion device, or both sections are used independently of each other, each equipped with its own filter and its own spiral .
  • the installation uses a stainless steel filter with short-pulse purging with gas obtained during thermolysis by compressing it in a compressor to separate the condensate from it, a component of synthetic oil.
  • the furnace contains a hopper, a screw press, a heat chamber with pyrolysis gas burners, where a flow cutter is located at an angle to the direction of movement of the raw materials inside the housing of the screw mechanism, and above this screw there are more than one counter-movement along the movement of raw materials, pyrolysis screw mechanisms with their flow shutoffs, and the drive to each screw mechanism, as a rule, from one motor with a reducer, and the upper screw mechanisms have pipes attached to them to remove pyrolysis gas for useful use Bani and operation of the burners of the heat chamber, and the lower screw feed mechanism has holes for the steam to heat the chamber and heat chamber has on the side walls and the ceiling of the water pipes for boiler useful heat from the burners.
  • the device includes a heating chamber, in which a reactor is placed, made in the form of two equal parts enclosed in a casing, placed in a vertical plane one above the other and connected in series to spill waste from the upper to the lower part, each of which is equipped with a screw and a superheater in the form of a wound along the length of the casing of the coil - the pipeline, the input of which is connected to the steam generator, and the output is connected to the casing at the inlet of the upper part of the reactor, the heating chamber from the waste loading side is connected to the output of the chambers s of fuel combustion, and is connected to a steam generator by its output, the upper part of the reactor is connected by a pipe to the waste loading screw equipped with a hopper with a lock gate, and by means of a pipeline it is connected
  • a plant for processing thermoplastics waste includes a preliminary preparation unit for the processed waste, a thermal decomposition unit for products into a gas-vapor mixture and a solid residue, and a fractionation system for a gas-vapor mixture.
  • the thermal decomposition unit contains a reactor inclined at an angle to the horizontal and placed in a heating chamber with gas fuel burners and a gas duct for the removal of gas fuel combustion products and equipped with devices for unloading the solid residue and removal of the gas mixture, while a screw is mounted inside the reactor, the drive of which is mounted outside reactor, and the vapor-gas mixture removal device consists of a gas duct equipped with a heating jacket, with shut-off valves installed on it, the inlet of which is connected to the exhaust duct gas fuel combustion products of the reactor heating chamber, and the outlet is with a heating jacket of the feeder, while the vapor-gas mixture removal device is connected to the gas-vapor mixture fractionation system, which contains two air-cooled condensers with air supply and exhaust pipes in series and a filter cyclone connected by
  • the objective of the proposed invention is to improve the quality of the resulting products from rubber waste, as well as reducing energy costs for the processing process.
  • a reactor made in the form of two identical sections placed in a horizontal plane and connected in parallel along the side surface, and the thermal decomposition unit is made in the form of screws with axes mounted on the axis of each slabs of heating and located in each section of the reactor, along the entire length of each screw, parallel to the corners of an equilateral triangle, plates are installed in contact and perpendicular to the side surface of the heating pipe, and a tubular coil is installed inside each heating pipe, a cylindrical furnace is directly connected to one end of each pipe , which is equipped with an evaporator and a burner installed in the end of the furnace tangentially to the side surface of the furnace and perpendicular to its
  • the execution of the reactor in the form of two identical sections placed in a horizontal plane and connected in parallel along the side surface reduces heat loss while increasing the productivity of the reactor.
  • the heat loss will be greater than when the sections are connected in parallel along the side surface. Reducing heat loss provides a reduction in energy costs for the waste recycling process.
  • the thermal decomposition unit made in the form of screws with pipes installed along the axis of each and placed in each section of the reactor, provides effective thermal decomposition of high molecular weight hydrocarbon vapors generated during the thermolysis of rubber wastes into lower molecular weight components. At the same time, thermal energy is expended on the process of thermal decomposition of hydrocarbons, which must be supplied to hydrocarbon vapors.
  • thermal decomposition reduction of time for the decomposition process
  • hydrocarbon vapors released from the waste move upward from the waste surface and flow around pipes heated to a high temperature, which are located directly (near) above the waste surface.
  • thermal decomposition is carried out primarily of high molecular weight hydrocarbons (high molecular weight hydrocarbons are thermally less stable than low molecular weight hydrocarbons) with the formation of valuable (light) hydrocarbons.
  • high molecular weight hydrocarbons are thermally less stable than low molecular weight hydrocarbons
  • Thermal decomposition of high molecular weight hydrocarbons leads to a significant decrease in their vapor-gas mixture, which is discharged into the condensation system. Otherwise (with a significant content of high molecular weight hydrocarbons in the vapor-gas mixture), when the mixture flows through pipelines and enters the condensation system, resins are deposited throughout the course of the mixture (condensation from the gas-vapor mixture) on the walls of the pipelines and on the heat exchange surface of the condenser. This effect leads to overgrowing of pipelines with resins and failure of the capacitor.
  • a soot layer is inevitably formed on the pipe walls, which reduces heat transfer from the pipes to the waste.
  • the formation of a soot layer on the surface of the pipes creates a heat-insulating jacket and the pipes burn out as a result of overheating, and the reactor fails.
  • plates are installed parallel to each other at the corners of an equilateral triangle in contact and perpendicular to the side surface of each screw pipe.
  • Soot formed from hydrocarbon vapors practically does not contain ash inclusions in the form of mineral components because hydrocarbon vapors do not contain mineral impurities (oxides of silicon, iron, zinc, etc.).
  • mineral impurities oxides of silicon, iron, zinc, etc.
  • the installation of a tubular coil inside each pipe allows you to control the temperature of the surface of the pipe and thereby control the speed and amount of soot formed on the surface of the pipe. This adjustment is carried out by changing the flow rate of water vapor pumped through the coil. At the same time the steam is superheated to a predetermined temperature and fed through the coil into the reactor as working steam.
  • the furnace is equipped with a burner mounted tangentially to the side surface of the furnace and perpendicular to its axis, which makes it possible to create vortex combustion in the furnace, in which complete combustion of the fuel occurs, as a result of which the energy costs of the waste processing process are reduced .
  • the combustion products from the furnace flow through the pipe for some time, resulting in a complete afterburning of the fuel, as well as the decomposition of harmful substances.
  • Providing the furnace with an evaporator allows the generation of working water vapor without the use of a special steam generator, as well as providing cooling of the walls of the furnace to prevent them from burning out and reducing heat loss to the environment, since heat is transferred to the evaporator through the side walls of the furnace and not discharged into the environment, i.e. . in this case, the evaporator plays the role of effective thermal insulation of the furnace (effective because heat is used to obtain working water vapor), and this leads to lower energy costs for the waste processing process.
  • the inlet of the evaporator is connected to the outlet of water from the separator, in which the separation of liquid products into water and liquid hydrocarbons is carried out. Separated water is formed in the condenser as a result of condensation of the working water vapor and does not contain salts. This water is used in a closed cycle, which can significantly reduce the use of water from other sources and to reduce water consumption for the waste processing process.
  • each tubular coil with its input to the outlet of the evaporator ensures the supply of water vapor to the coil and the flow of steam through the coil under the action of excess pressure, which is created in the evaporator as a result of heating.
  • each coil is connected to the reactor.
  • soot on the surface has a temperature of about 700 - 800 ° C, its contact with water vapor leads to the decomposition of water vapor with the formation of hydrogen and carbon monoxide.
  • the hydrogen that forms at high temperature in the reactor is mixed with hydrocarbon vapors, resulting in hydrogenation reactions, i.e. reducing the content of unsaturated compounds in the vapor-gas mixture, and this improves the quality of the formed liquid hydrocarbons.
  • the products of fuel combustion flowing through the auger pipes exit the pipes at a high temperature (not lower than the temperature in the reactor, i.e., about 500 - 600 ° C) and therefore, to increase the energy efficiency of the equipment and reduce the energy costs of the processing process, these products are not thrown into atmosphere, and sent to the heating chamber, which is ensured by connecting the end (outlet) of each screw pipe to the heating chamber.
  • the implementation of the device for removing the vapor-gas mixture in the form of two perforated pipes with a muffled inlet, placed in the upper part of the reactor one in each of its elements and connecting them to the inlet of the cyclone filter, with a filter element in the form of a bag made of heat-resistant carbon fabric equipped with a shaking device provides the removal of gas-vapor products from the reactor and their cleaning from fine particles of soot (carbon), which are formed when the screw rotates and the solid residue is crushed, as well as when the soot layer is cut from the surface STI pipes. In this case, large particles of solid soot residue do not pass through the perforation of the pipes.
  • the creation of perforations on the surface of the pipes allows to increase the total cross-section through which the vapor-gas mixture is removed from the reactor and to reduce the gas flow rate on the pipe surface, i.e. reduce the amount of particulate matter carried out from the reactor.
  • the gas-vapor mixture has a high temperature (400 - 500 ° C)
  • a bag of heat-resistant carbon fabric is installed as a filter element in the cyclone filter. At the same time, filtering the gas-vapor mixture at high temperature prevents the condensation of hydrocarbon vapor from settling on the filter element and clogging it.
  • the filter element Since, as a result of the sedimentation of particles on the surface of the carbon fabric, it creates resistance to the flow of the vapor-gas mixture through the filter cyclone, the filter element is regularly (1-3 times a minute) shaken using a shaking device and the soot is dumped into the filter reservoir.
  • Providing the filter with a heating jacket, the input of which is connected to the output of the reactor heating chamber, allows maintaining a high temperature of the cyclone filter (higher than the condensation temperature of hydrocarbon vapor) to prevent their condensation in the cyclone filter itself and the condensation of the vapor on the surface of the carbon fabric.
  • the combustion products coming out of the heating jacket have a high temperature and therefore the output of the filter-cyclone heating jacket is connected to the inlet of the heater, which allows the combustion products to be cooled to a temperature of 200 - 250 ° C, and then sent to the chimney.
  • the air is heated, which is pumped through the heating chamber of the heater using a fan and fed into the heating pipes.
  • the supply of heated air to 150 - 250 ° C in the heating pipes for burning non-condensable hydrocarbon vapors makes it possible to use heat efficiently and reduces the energy costs of the rubber waste processing process.
  • the combustion temperature in the heating pipes also increases, which leads to a decrease in emissions of persistent organic pollutants into the atmosphere.
  • part of the hydrocarbon vapor having a low boiling point (below 100 ° C) does not condense.
  • the gas condenser outlet is connected to the heating pipes. In this way, non-condensing vapors of hydrocarbons are fed into the heating pipes and burned, which makes it possible to use the energy of the vapors and reduce the consumption of liquid fuel for the processing process.
  • the solid residue formed during the processing of rubber waste has a high ash content (about 12-14 wt.%, Which depends on the type of rubber waste) and therefore cannot be used for the production of critical rubber products. Therefore, the solid residue unloading device is connected to a magnetic separator and a corona electrostatic separator, in which ash is separated from the solid residue. This improves the quality of the solid residue. And the separated ash contains a large amount of zinc oxide (depending on the type of rubber, this content can reach 30 - 40%, which is significantly higher than the content of zinc oxide in the concentrates used to obtain it) and therefore is a valuable raw material for the production of zinc oxide.
  • connecting a corona electrostatic separator allows not only to improve the quality indicators of solid rubber waste processing products, but also to obtain valuable raw materials for the production of zinc oxide.
  • Figure 1, 2, 3 shows a General view and details of a device for processing rubber waste.
  • the device contains a drive 1 connected to the hopper 2 with valves 3 and 4 for the supply of waste 5; reactor 6; an engine 7 connected to gear 8, which is connected to gear 9; screws 10; capacity 11 connected to the crane-regulator 12; burners 13; cylindrical furnaces 14 with evaporators 15; taps 16 connected to tubular coils 17 installed in the heating pipes 18; outputs for steam 19; temperature sensors 20; pipeline 21; reactor heating jacket 22; crane 23; filter jacket 24; filter cyclone 25 with a filter element 26; temperature sensor 27; air heater 28 with a heating chamber 29; fan 30; temperature sensor 31; a smoke exhauster 32 connected to a chimney 33; gate 34; temperature sensor 35; high temperature seal 36; scrapers 37; perforated pipes 38; crane 39; shaking device 40; drive 41; compressor 42; capacitor 43; cooling tower 44; temperature sensor 45; separator 46; drive 47; water filter 48; crane 49; drive 50; crane 51; yield for carbon residue 52; dispenser - cooler 53; magnetic separator 54; drive 55; electrostatic separator 56; drives
  • the device operates as follows.
  • the time of movement of waste through the reactor is controlled by changing the speed of engine 7. Simultaneously with the beginning of the process of moving waste from the tank 11 through the taps - regulators 12 to the burner 13 (one burner is shown in Fig. 1), fuel is supplied and burned.
  • the burners 13 are installed in cylindrical furnaces 14 and, when the fuel is burned, a vortex of combustion products with a high temperature is formed. As a result, complete combustion of the fuel occurs and the formation of harmful compounds (benz (a) pyrenes, etc.) in the combustion products decreases.
  • the heat transfer of the combustion products with the evaporator 15 is intensified, which makes it possible, with the small dimensions of the evaporator, to produce a sufficient amount of working water vapor. Water vapor from the evaporators 15 at a temperature of 100 -110 ° C through the taps 16 with a given flow rate is fed into the tubular coils 17 installed in the heating pipes 18.
  • the products of fuel combustion enter the heating pipes 18. Flowing through the heating pipes 18, the products of fuel combustion heat the reactor, as well as the water flowing through the tubular coils 17 steam
  • the temperature of the steam at the exits 19 is maintained in the range of 450-500 ° C.
  • the temperature of the water vapor leaving each tubular coil 17 through the outlet 19 is monitored using temperature sensors 20.
  • the combustion products exit through a pipe 21 connecting the two heating pipes to the heating jacket 22. Flowing through the heating jacket 22, the combustion products further heat the reactor.
  • the combustion products are sent to the jacket 24 of the cyclone filter 25. This is necessary to maintain the filter temperature above the condensation temperature of hydrocarbon vapors that are formed during the thermolysis of rubber waste. Otherwise, when the temperature decreases, part of the hydrocarbon vapor will condense in the cyclone filter 25 and precipitate on the filter element 26, as a result of which the filter element will fail.
  • the temperature in the cyclone filter 25 is controlled by the temperature sensor 27 and maintained in the range 350 - 400 ° C by controlling the flow of combustion products using a valve 23. Passing through the jacket 24 of the filter 25, the combustion products are fed into the air heater 28 and cooled to a temperature of 200 - 250 ° C by pumping air through the heating chamber 29 using a fan 30. In this case, the cooling temperature of the combustion products is monitored according to the temperature sensor 31. The cooled combustion products from the air heater 28 using a 32 smoke exhauster discharged into the chimney 33. Heated air in the heater by means of a fan 30 through the valves 34 is supplied in equal quantities to the heating pipe 18.
  • the supply of superheated water vapor to this region provides a high temperature difference between superheated steam up to 500 ° C and cold waste with a temperature of about 30 - 40 ° C. And this (high temperature difference) provides high heat fluxes from steam to the waste by convective transfer of heat energy, as a result of which the heating of the waste is accelerated and the time of its processing is reduced.
  • Rubber waste moves through the reactor 6 and is heated by contact with the hot walls of the reactor, as well as by convective heat exchange with the steam supplied to the reactor, by radiation from heating pipes and convective heat exchange with the surface of the heating pipes.
  • the thermal radiation With a greater distance from the heating pipes to the surface of the waste, a significant part (depending on the distance that the thermal radiation travels) of the thermal radiation will be absorbed by the gas-vapor mixture (a mixture of water vapor and hydrocarbon vapor), and therefore the heat flux to the waste itself will decrease, which will lead to an increase in time decomposition of waste, which means reducing productivity and increased energy costs of the waste recycling process.
  • the gas-vapor mixture a mixture of water vapor and hydrocarbon vapor
  • thermolysis of rubber waste begins to proceed with the release of gaseous products and solid carbon residue.
  • the temperature in the reactor 6 is controlled by the temperature sensor 35 and is controlled by changing the amount of fuel burned in the burners 13.
  • the gaseous waste decomposition products are mixed with water vapor, as a result of which a gas-vapor mixture is formed in the reactor 6, and the pressure in the reactor rises above atmospheric .
  • high-temperature seals 36 are installed in each section of the reactor.
  • thermolysis products resulting from the thermolysis of rubber wastes come in contact with the surface of heating pipes having a high temperature (700 - 800 ° ⁇ ), as a result of which thermal decomposition of high molecular weight hydrocarbons proceeds with the formation of hydrocarbons of lower mass and soot, which is deposited as a layer on the surface heating pipes.
  • This carbon black layer must be continuously removed from the surface of the heating pipes in order to maintain the transfer of heat from the heating pipes to the reactor to the waste.
  • the soot layer on the surface creates thermal resistance and the heat flux through this layer decreases, as a result, less heat energy enters the reactor, and the heating pipes themselves overheat to high temperature due to low heat sink and burn out, resulting in an emergency (destruction reactor).
  • Soot from the surface of the heating pipes is removed using scrapers 37, which, when the screw 10 rotates, slide along the side surface of the heating pipes 18 and cut off the soot layer. Cut soot under the influence of its own weight falls into the layer of rubber waste transported using screws 10.
  • the supply of gas-vapor mixture in the filter cyclone 25 allows to reduce the removal of carbon dust from the reactor. This is because the vapor-gas mixture passes through the filter element 26 in the form of a bag of heat-resistant carbon cloth equipped with a shaking device. Dust particles are deposited on the surface of the filter element and, using a shaking device 40, are discharged to the lower part of the cyclone filter 25, from where they are discharged to the accumulator 41. This carbon is a valuable product that is close in its characteristics to carbon black with a low ash content.
  • the vapor-gas mixture stream passing through the filter cyclone 25 is supplied to a condenser 43 using a compressor 42, in which, as a result of heat exchange with cooling water pumped through the condenser casing from the cooling tower 44, it is cooled to the condensation temperature of water vapor, which is controlled by the temperature sensor 45.
  • a condensate from condenser 43 is fed to a separator 46 and is separated into water and liquid hydrocarbons. Water from the separator 46 is fed to a reservoir 47, from which, through a filter 48 and a tap 49, water is returned to the evaporator 15 to produce working water vapor.
  • Liquid hydrocarbons from the separator 46 are fed to the accumulator 50, from which a portion of the liquid hydrocarbons is supplied through the valve 51 to the cylindrical furnaces 14 and burned, and the energy used to produce working water vapor and heat the reactor 6.
  • the solid carbon residue through outlet 52 is withdrawn from reactor 6 by means of a rotary metering cooler 53 and fed to a magnetic separator 54, where magnetic inclusions (metal cord particles) are separated, which are discharged into the accumulator 55.
  • the solid carbon residue purified from metal inclusions is fed to the electrostatic separator 56, in which a part of the ash is separated (inorganic inclusions: oxides of zinc, silicon, iron, calcium, etc.).
  • the stream of solid carbon residue removed from the ash from the electrostatic separator 56 is discharged to the accumulator 57, and inorganic inclusions are discharged to the accumulator 58.
  • These inorganic inclusions contain a large amount of zinc oxide (depending on the type of rubber waste from 20 to 40 wt.%) And therefore represent a high-quality raw material for the production of zinc oxide.
  • the content of zinc oxide in these inclusions is several times higher than its content in concentrates to obtain zinc oxide.
  • Non-condensing hydrocarbon vapors from the condenser 43 are supplied through the valve 59 to the heating pipes 18, and through the gates 34 installed on each heating pipe, air from the air heater 28 is simultaneously supplied with the non-condensing gases, adjusting its amount by the degree of opening of the gate. Air is supplied to the heating pipes through gates 34 using a fan 30.
  • the gear 8 is rotated with a frequency of 2 rpm.
  • Gear 8 is engaged with the first gear 9 connected to the first screw 10 and the second gear 9 connected to the second screw 10. This connection of the gear when the gear 8 rotates causes the screws 10 to rotate towards each other. Since one auger has a left-handed course of the belt, and the second auger has a right-sided course of the belt, when the augers rotate towards each other, the rubber waste is transported in one direction, i.e. from loading to unloading.
  • the screws rotate at a frequency of 2 rpm.
  • the time of movement of waste through the reactor is regulated by changing the speed of engine 7. Simultaneously with the beginning of the process of moving waste from tank 1 1 through the crane regulator 12 with a flow rate of 40 kg / h, fuel is supplied to each burner 13 and burned. When burning a total of 80 kg / h of liquid fuel in two burners with a specific heat of combustion of 40,000 kJ / kg, 1,600 kg / h of combustion products are formed.
  • the burners 13 are installed in cylindrical furnaces 14 and, when the fuel is burned, a vortex of combustion products with a high temperature is formed. As a result, complete combustion of the fuel occurs and the formation of harmful compounds (benz (a) pyrenes, etc.) in the combustion products decreases. At the same time, the heat exchange of the combustion products with the evaporator 15 is intensified.
  • the amount of heat is determined by the average surface temperature of the pipes
  • Tm is the average temperature of the wall of the heating pipe.
  • Totkh the average temperature of rubber waste.
  • ⁇ 0 emissivity of a completely black body
  • ⁇ 0 5.67 W / (m 2 K 4 )
  • the combustion products passing through the jacket 24 of the filter cyclone 25 with a flow rate of 1600 kg / h are fed into the air heater 28 and cooled to a temperature of 250 ° C by pumping air through the heating chamber 29 using a fan 30.
  • MV is the amount of heated air, kg / s
  • Yours . p is the temperature of the combustion products at the outlet of the heater, 250 ° C; Thy - the air temperature at the outlet of the heater, 180 ° C;
  • Tvh - air temperature at the inlet to the air heater 20 ° ⁇ .
  • This amount of air is enough to completely burn liquid fuel with a flow rate of 80 kg / h in two cylindrical furnaces.
  • the cooling temperature of the combustion products is monitored according to the temperature sensor 31.
  • the cooled combustion products from the air heater 28 using a smoke exhauster 32 with a flow rate of 1600 kg / h are discharged into the chimney 33.
  • the air heated in the air heater using a fan 30 with a flow rate of 0.26 kg / with through the gate 34 is fed into one heating pipe 18 and with a flow rate of 0.26 kg / s is fed into another heating pipe.
  • the supply of superheated water vapor to this region provides a high temperature difference between superheated steam up to 500 ° C and cold waste with a temperature of about 20 ° C. And this (high temperature difference) provides high heat fluxes from steam to the waste by convective transfer of heat energy, as a result of which the heating of the waste is accelerated and the time of its processing is reduced.
  • Rubber waste moves through the reactor 6 and is heated by contact with the hot walls of the reactor, as well as by convective heat exchange with the steam supplied to the reactor, by radiation from heating pipes and convective heat exchange with the surface of the heating pipes.
  • thermolysis of rubber waste begins to proceed with the release of gaseous products and solid carbon residue.
  • the processing of 1000 kg / h of rubber waste generates 40 wt.% Hydrocarbon vapor and 60 wt.% Solid residue.
  • the temperature in the reactor 6 is controlled by the readings of the temperature sensor 35 and is controlled by changing the amount of fuel burned in the burners 13.
  • high-temperature seals 36 are installed in each section of the reactor.
  • Combined-cycle products resulting from the thermolysis of rubber wastes come in contact with the surface of heating pipes having a high temperature, resulting in thermal decomposition of high molecular weight hydrocarbons with the formation of hydrocarbons of lower mass and soot, which are deposited as a layer on the surface of the heating pipes.
  • This carbon black layer must be continuously removed from the surface of the heating pipes in order to maintain the transfer of heat from the heating pipes to the reactor to the waste.
  • soot layer on the surface creates thermal resistance and the heat flux through this layer decreases, as a result, less heat energy enters the reactor, and the heating pipes themselves overheat to high temperature due to low heat sink and burn out, resulting in an emergency (destruction reactor).
  • Soot from the surface of the heating pipes is removed using scrapers 37, which, when the screw 10 rotates, slide along the side surface of the heating pipes 18 and cut off the soot layer. Cut soot under the influence of its own weight in the amount of 80 kg / h falls into the layer of rubber waste transported using screws 10.
  • scrapers 37 which, when the screw 10 rotates, slide along the side surface of the heating pipes 18 and cut off the soot layer. Cut soot under the influence of its own weight in the amount of 80 kg / h falls into the layer of rubber waste transported using screws 10.
  • the supply of gas-vapor mixture in the filter cyclone 25 allows to reduce the removal of carbon dust from the reactor. This is because the vapor-gas mixture passes through the filter element 26 in the form of a bag of heat-resistant carbon cloth equipped with a shaking device. Dust particles are deposited on the surface of the filter element and, using a shaking device 40, are discharged to the lower part of the cyclone filter 25, from where they are discharged to the accumulator 41. This carbon is a valuable product that is close in its characteristics to carbon black with a low ash content.
  • This carbon dust is captured by the filter and is discharged to drive 41 at a rate of 30 kg / h.
  • This condensate from the condenser 43 with a flow rate of 302 kg / h is fed into the separator 46 and is separated into water and liquid hydrocarbons. Water from the separator 46 with a flow rate of 82 kg / h is fed into the reservoir 47, from which through the filter 48 and the tap 49 water is returned to the evaporator 15 to obtain working water vapor.
  • Liquid hydrocarbons from the separator 46 with a flow rate of 220 kg / h are fed to the accumulator 50, of which 17 kg / h of the desired amount of liquid hydrocarbons are fed through a tap 51 into the cylindrical furnaces 14 and burned, and the energy used to produce working water vapor and heat the reactor 6 .
  • the flow of solid carbon residue from the electrostatic separator 56 with a flow rate of 588 kg / h - 29 kg / h 559 kg / h is discharged into the accumulator 57, and inorganic inclusions in the amount of 29 kg / h are discharged into the accumulator 58.
  • These inorganic inclusions contain a large amount of oxide zinc (depending on the type of rubber waste from 20 to 40 wt.%) and therefore are high-quality raw materials for the production of zinc oxide.
  • the content of zinc oxide in these inclusions is several times higher than its content in concentrates to obtain zinc oxide.
  • the ash content in solid products is reduced from 12 wt.% To a value of 7 wt. %, which leads to an increase in the quality of solid products.
  • the shutter 3 After filling the hopper 2, the shutter 3 is opened, and 150 kg of waste from the hopper 2 wakes up and is delayed by the shutter 4. After that, the shutter 3 is closed, the shutter 4 is opened and the waste is woken up in the reactor
  • the screws rotate at a frequency of 3 rpm.
  • the length of each screw, 2 6m.
  • the time of movement of waste through the reactor is regulated by changing the speed of engine 7. Simultaneously with the beginning of the process of moving waste from the tank 11 through the crane-regulator 12 with a flow rate of 60 kg / h, fuel is supplied to each burner 13 and burned. When burning a total of 120 kg / h of liquid fuel in two burners with a specific heat of combustion of 40,000 kJ / kg, 2,400 kg / h of combustion products are formed. In the furnaces, a temperature of 1200 ° C is set.
  • the burners 13 are installed in cylindrical furnaces 14 and, when the fuel is burned, a vortex of combustion products with a high temperature is formed. As a result, complete combustion of the fuel occurs and the formation of harmful compounds (benz (a) pyrenes, etc.) in the combustion products decreases. At the same time, the heat exchange of the combustion products with the evaporator 15 is intensified.
  • the amount of heat is determined by the average surface temperature of the pipes 18 and the average temperature of the waste. Let us calculate the heat transfer by radiation. We determine the specific heat flux by radiation according to the formula:
  • Tm is the average surface temperature of the heating pipe.
  • Totkh the average temperature of rubber waste.
  • This energy is sufficient, taking into account the heat supplied from the heating chamber, for the thermal decomposition of 1500 kg / h of rubber waste.
  • valve 16 controlling the flow of water vapor through each tubular coil 17, maintain it equal to 75 kg / h, as a result of which the temperature of the water vapor at the outlet 19 is set equal to 500 ° C.
  • the temperature of the water vapor leaving each tubular coil 17 through the outlet 19 is controlled by temperature sensors 20.
  • this part is 900 kg / h.
  • the combustion products passed through the jacket 24 of the filter 25 with a flow rate of 2400-900 kg / h - 1500 kg / h are fed into the air heater 28 and cooled to a temperature of 250 ° C by pumping air through the heating chamber 29 using a fan 30. At the same time, they also pass 900 kg / h of combustion products that were not passed through the jacket 24.
  • the amount of heated air will be:
  • MV is the amount of heated air, kg / s
  • Yours. p is the temperature of the combustion products at the outlet of the heater, 250 ° C; Thy - the air temperature at the outlet of the heater, 220 ° C;
  • Tvh - air temperature at the inlet to the air heater 20 ° ⁇ . This amount of air is enough to completely burn liquid fuel with a flow rate of 120 kg / h in two cylindrical furnaces.
  • the cooling temperature of the combustion products is controlled according to the temperature sensor 31.
  • the cooled combustion products from the air heater 28 using a smoke exhauster 32 with a flow rate of 2400 kg / h are discharged into the chimney 33.
  • the air heated in the air heater using a fan 30 with a flow rate of 0.335 kg / s through the gate 34 is fed into one heating pipe 18 and with a flow rate of 0.335 kg / s is fed into another heating pipe.
  • the supply of superheated water vapor to this region provides a high temperature difference between superheated steam up to 500 ° C and cold waste with a temperature of about 20 ° C. And this (high temperature difference) provides high heat fluxes from steam to the waste by convective transfer of heat energy, as a result of which the heating of the waste is accelerated and the time of its processing is reduced.
  • Rubber waste moves through the reactor 6 and is heated by contact with the hot walls of the reactor, as well as by convective heat exchange with the steam supplied to the reactor, by radiation from heating pipes and convective heat exchange with the surface of the heating pipes.
  • thermolysis of rubber waste begins to proceed with the release of gaseous products and a solid carbon residue.
  • processing of 1500 kg / h of rubber waste generates 45 wt.% Hydrocarbon vapors and 55 wt.% solid residue.
  • the temperature in the reactor 6 is controlled by the readings of the temperature sensor 35 and is controlled by changing the amount of fuel burned in the burners 13.
  • Combined-cycle products resulting from the thermolysis of rubber wastes come in contact with the surface of heating pipes having a high temperature, resulting in thermal decomposition of high molecular weight hydrocarbons with the formation of hydrocarbons of lower mass and soot, which are deposited as a layer on the surface of the heating pipes.
  • This carbon black layer must be continuously removed from the surface of the heating pipes in order to maintain the transfer of heat from the heating pipes to the reactor to the waste.
  • soot layer on the surface creates thermal resistance and the heat flux through this layer decreases, as a result, less heat energy enters the reactor, and the heating pipes themselves overheat to high temperature due to low heat sink and burn out, resulting in an emergency (destruction reactor).
  • Soot from the surface of the heating pipes is removed using scrapers 37, which, when the screw 10 rotates, slide along the side surface of the heating pipes 18 and cut off the soot layer. Cut soot under the influence of its own weight in the amount of 169 kg / h falls into the layer of rubber waste transported using screws 10.
  • A is the ash content
  • the ash content in the solid decomposition products of rubber waste is reduced from 12 wt.% To 9.7 wt.% And therefore the quality of these products is improved.
  • the supply of gas-vapor mixture in the filter cyclone 25 allows to reduce the removal of carbon dust from the reactor. This is because the vapor-gas mixture passes through the filter element 26 in the form of a bag of heat-resistant carbon cloth equipped with a shaking device. Dust particles are deposited on the surface of the filter element and, using a shaking device 40, are discharged to the lower part of the cyclone filter 25, from where they are discharged to the accumulator 41. This carbon is a valuable product that is close in its characteristics to carbon black with a low ash content.
  • This carbon dust is captured by the filter and discharged to the drive 41 at a rate of 29 kg / h.
  • the increment in the amount of steam-gas mixture by 4 kg / h is due to the reaction of hydrogen (H 2 ) with hydrocarbons during hydrogenation.
  • This condensate from a condenser 43 with a flow rate of 474 kg / h is fed to a separator 46 and is separated into water and liquid hydrocarbons. Water from the separator 46 with a flow rate of 114 kg / h is fed into the reservoir 47, from which through the filter 48 and the tap 49 the water is returned to the evaporator 15 to obtain working water vapor.
  • Liquid hydrocarbons from the separator 46 with a flow rate of 360 kg / h are fed to the accumulator 50, of which 42 kg / h of liquid hydrocarbons are fed through a tap 51 to the cylindrical furnaces 14 (30 kg / h to each furnace) and burned, and energy is used to obtain working water vapor and heating the reactor 6.
  • the solid carbon residue through outlet 52 using a rotary metering cooler 53 with a flow rate of 825 kg / h + 169 kg / h - 24 kg / h - 29 kg / h - 941 kg / h is removed from the reactor 6 and fed to the magnetic separator 54.
  • 169 kg / h is the amount of soot formed from hydrocarbon vapors
  • 24 kg / h of carbon was consumed as a result of the reaction of water vapor with carbon
  • 29 kg / h of carbon dust was removed from the reactor to the filter cyclone 25.
  • magnetic inclusions particles of metal cord
  • the drive 55 In the magnetic separator 54, magnetic inclusions (particles of metal cord) are separated in an amount of 100 kg / h, which are discharged into the drive 55.
  • These inorganic inclusions contain a large amount of zinc oxide (depending on the type of rubber waste from 20 to 40 wt.%) and therefore are high-quality raw materials for the production of zinc oxide.
  • the content of zinc oxide in these inclusions in several times higher than its content in concentrates to obtain zinc oxide.
  • Non-condensing hydrocarbon vapors from the condenser 43 through the valve 59 with a flow rate of 100 kg / h + 56 kg / h 156 kg / h are fed into the heating pipes 18 (78 kg / h to each heating pipe), and through the gates 34 installed on each simultaneously with the supply of non-condensable gases, the heating pipe is supplied with air from the air heater 28 at the rate of 10 kg of air per 1 kg of non-condensable vapor, i.e. air is supplied with a flow rate of 1560 kg / h (780 kg / h into each heating pipe), adjusting its amount by the degree of opening of the gate. Air is supplied to the heating pipes through gates 34 using a fan 30. In this case, 56 kg / h is carbon monoxide (CO), which was formed during the reaction of water vapor with carbon, and all of the hydrogen was consumed in the hydrogenation process.
  • CO carbon monoxide
  • the claimed device for processing rubber waste differs from the known improved performance in energy costs, emissions into the environment and the quality of the resulting products.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (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

Устройство переработки резиновых отходов содержит реактор с шнеком и размещенный в камере обогрева узел термического разложения, горелки, конденсатор, фильтр-циклон, устройства выгрузки твердого остатка и отвода парогазовой смеси. Реактор выполнен в виде двух параллельно соединенных секций. Узел термического разложения выполнен в виде размещенных в каждой секции реактора шнеков с трубами нагрева по оси, внутри которых установлен змеевик. По длине шнеков, по углам равностороннего треугольника в соприкосновении и перпендикулярно к боковой поверхности трубы нагрева установлены пластины. К торцам труб подключена цилиндрическая топка с испарителем и горелкой. Выход конденсатора подключен к сепаратору жидкой фракции, входы змеевиков - к выходу испарителя, вход испарителя - к выходу из сепаратора. Выход змеевиков соединен с реактором, другой торец труб нагрева подключен к входу камеры обогрева. Устройства отвода парогазовой смеси размещены в верхних частях секций реактора. Фильтр-циклон снабжен рубашкой обогрева, вход подключен к выходу камеры обогрева, а выход - к входу калорифера и к дымовой трубе. Вход камеры нагрева калорифера подключен к атмосфере и к трубе нагрева. Выходы устройств отвода парогазовой смеси подключены к входу фильтра-циклона, выход которого подключен к входу конденсатора. Выход конденсатора по газу подключен к трубам нагрева. Твердый остаток выгружается в сепараторы. Достигается повышение качества продуктов и уменьшение энергозатрат.

Description

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ РЕЗИНОВЫХ ОТХОДОВ
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к технологии переработки отходов и может быть применено в резинотехнической, химической промышленности, топливно- энергетическом комплексе, а также в жилищно - коммунальном хозяйстве для получения топливных и сырьевых ресурсов из отходов.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известен процесс и установка по переработке резиносодержащих отходов (патент РФ J ° 2460743, МПК C08J11/20, опубликован 10.09. 2012 г.).
Установка по переработке резиносодержащих отходов содержит реактор, фильтр, печь, теплообменную и сепарационную аппаратуру. Реактор состоит из двух секций: секции термолиза резиновой крошки и секции доведения технического углерода до товарной кондиции; обе секции объединены общим фильтром, расположенным между секциями, а также расположенным внутри реактора - спирального транспортера - движителя твердых продуктов, при этом в качестве движителя используют вращающуюся спираль, либо обе секции используются независимо друг от друга, при этом каждую снабжают своим фильтром и своей спиралью.
В установке используют фильтр из нержавеющей сетки с коротко- импульсной продувкой газом, полученным в процессе термолиза, путем сжатия его в компрессоре для отделения от него конденсата теплоносителя - компонента синтетической нефти.
К недостаткам данного устройства относятся:
1. Неполное извлечение жидкой фракции (масла) из газового потока, в результате чего теряется часть ценных жидких продуктов. Это обусловлено тем, что образующийся технический углерод с адсорбированным маслом продувают воздухом, при этом текстильный корд полностью сжигается, часть масел сгорает, а часть выносится с дымовыми газами.
2. Низкое качество технического углерода из-за адсорбции масла, и поэтому для удаления части масла технический углерод продувают воздухом, в результате чего поверхность углерода окисляется и его качество ухудшается.
3. Высокая энергоемкость процесса, обусловленная необходимостью использовать циркулирующий теплоноситель, который необходимо отделять от паров углеводородов, образующихся в результате термического разложения резины, затем нагревать в теплообменнике, испарять и перегревать в печи перед подачей в реактор.
Известна пиролизная печь (патент РФ jN 2441053, МПК F23G5/027, С10В 53/00, опубликован 27.01.2012 г.).
Печь содержит бункер, шнековый пресс, тепловую камеру с горелками на пиролизном газе, где внутри корпуса шнекового механизма расположен под углом к направлению движения сырья отсекатель потока, а выше этого шнека расположены встречно по движению сырья, как правило, больше одного, пиролизные шнековые механизмы со своими отсекателями потока, причем привод на каждый шнековый механизм, как правило, от одного мотора с редуктором, и верхние шнековые механизмы имеют присоединенные к ним трубы для удаления пиролизного газа для полезного использования и работы горелок тепловой камеры, а нижний шнековый механизм подачи сырья имеет отверстия для выхода пара в тепловую камеру, а тепловая камера имеет на боковых стенках и под потолком трубы водяного котла для полезного использования тепла от горелок.
Недостатками данной печи являются:
1. Неполное извлечение жидкой фракции (масла) из газового потока, в результате чего теряется (сжигается в горелках тепловой камеры) часть ценных жидких продуктов и при этом образуются высокие выбросы вредных веществ окружающую среду, обусловленные невозможностью реализовать в горелках тепловой камеры полное сжигание пиролизных газов с высоким содержанием смол.
2. Низкое качество твердых продуктов пиролиза из-за наличия остаточных углеводородов (летучих продуктов), которые невозможно выделить в процессе сушки и поэтому необходима дополнительная термическая обработка данных продуктов при высокой температуре порядка 800 °С.
3. Высокая энергоемкость процесса, обусловленная тепловыми потерями в процессе, а также необходимостью повышения температуры в печи до 800°С.
Известен способ и устройство для паротермической переработки резиновых отходов (патент Республики Беларусь N° 13279, МПК C08J11/00, С10В53/07, публикация 2010.06.30). Устройство включает камеру нагрева, в которой размещен реактор, выполненный в виде двух равных частей, заключенных в кожух, размещенных в вертикальной плоскости одна над другой и соединенных последовательно для просыпания отходов из верхней в нижнюю часть, каждая из которых снабжена шнеком и пароперегревателем в виде намотанного по длине кожуха змеевика - трубопровода, вход которого подключен к парогенератору, а выход подключен к кожуху на входе верхней части реактора, камера нагрева со стороны загрузки отходов подключена к выходу камеры сжигания топлива, а своим выходом подключена к парогенератору, верхняя часть реактора соединена патрубком со шнеком загрузки отходов, снабженным бункером с шлюзовым затвором, и с помощью трубопровода подключена к соединенным последовательно трем конденсаторам, выход горючего газа из третьего конденсатора подключен к камере сжигания топлива, а нижняя часть реактора соединена патрубком с бункером выгрузки с шлюзовым водяным затвором, к которому своим входом подключен шнек выгрузки, выход которого подключен ко входу барабанной сушилки, которая на входе с помощью трубопровода подключена к выходу продуктов сгорания из парогенератора, а на выходе подключена последовательно к шнеку выгрузки твердых продуктов и фильтру газоочистки продуктов сгорания, подключенному к дымовой трубе.
Недостатками данного устройства являются:
1. Неполное извлечение с помощью конденсаторов жидкой фракции из газообразных продуктов пиролиза изношенных шин, в результате чего теряется (сжигается в камере сжигания) часть ценной составляющей легкой фракции, а также загрязнение жидкой фракции мелкодисперсной пылью, которая образуется в результате измельчения твердых продуктов при работе шнеков и выносится из реактора в систему конденсации с потоком газообразных продуктов разложения.
2. Низкое качество твердых продуктов пиролиза изношенных шин из-за наличия остаточных углеводородов (летучих продуктов), которые невозможно выделить в процессе сушки и поэтому необходима дополнительная термическая обработка данных продуктов при высокой температуре порядка 600 - 800 °С. 3. Высокая энергоемкость процесса, обусловленная большими тепловыми потерями в процессе пиролиза шин в реакторе, а также потерями тепла в конденсаторах (тепло отводится с охлаждающей водой).
Наиболее близким к предполагаемому изобретению является принятый нами за прототип способ переработки отходов термопластов и установка для его реализации (патент РФ Ш 2459843, МПК C08J11/04 (2006.01), опубликован 27.08. 2012 г.).
Установка для переработки отходов термопластов содержит узел предварительной подготовки обрабатываемых отходов, узел термического разложения продуктов на парогазовую смесь и твердый остаток и систему фракционирования парогазовой смеси. Узел термического разложения содержит наклоненный под углом к горизонту реактор, размещенный в камере обогрева с горелками для газового топлива и газоходом отвода продуктов сжигания газового топлива и снабженный устройствами для выгрузки твердого остатка и отвода парогазовой смеси, при этом внутри реактора размещен шнек, привод которого смонтирован вне реактора, а устройство отвода парогазовой смеси состоит из газохода, снабженного греющей рубашкой, с установленной на нем запорной арматурой, вход которой соединен с газоходом отвода продуктов сжигания газового топлива камеры обогрева реактора, а выход - с греющей рубашкой питателя, при этом устройство отвода парогазовой смеси соединено с системой фракционирования парогазовой смеси, которая содержит последовательно установленные два конденсатора воздушного охлаждения с патрубками подачи и отвода воздуха и фильтр-циклон, соединенный газоходами с горелками для газового топлива камеры обогрева реактора.
Недостатками данного устройства являются:
1. Неполное извлечение с помощью системы фракционирования жидкой фракции из газообразных продуктов пиролиза отходов, в результате чего теряется часть ценной составляющей легкой фракции, а также загрязнение жидкой фракции мелкодисперсной пылью, которая образуется в результате измельчения твердых продуктов при работе шнеков и выносится из реактора в систему конденсации с потоком газообразных продуктов разложения.
2. Низкое качество твердого остатка пиролиза отходов из-за наличия остаточных углеводородов (летучих продуктов), которые невозможно выделить в процессе сушки и поэтому необходима дополнительная термическая обработка данных продуктов при высокой температуре порядка 600 - 800 °С. 3. Высокая энергоемкость процесса, обусловленная большими тепловыми потерями в процессе пиролиза отходов в реакторе, а также потерями тепла в конденсаторах (тепло отводится с охлаждающей водой).
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей предполагаемого изобретения является повышение качества получаемых продуктов из резиновых отходов, а также уменьшение энергетических затрат на процесс переработки.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для переработки резиновых отходов, содержащем реактор, снабженный шнеком и размещенный в камере обогрева, узел термического разложения, горелки, конденсатор, фильтр-циклон, устройства для выгрузки твердого остатка и отвода парогазовой смеси, согласно изобретению, реактор выполнен в виде двух одинаковых секций, размещенных в горизонтальной плоскости и соединенных параллельно по боковой поверхности, а узел термического разложения выполнен в виде шнеков с установленными по оси каждого трубами нагрева и размещенных в каждой секции реактора, по всей длине каждого шнека, параллельно по углам равностороннего треугольника в соприкосновении и перпендикулярно к боковой поверхности трубы нагрева установлены пластины, а внутри каждой трубы нагрева установлен трубчатый змеевик, к одному торцу каждой трубы непосредственно подключена цилиндрическая топка, которая снабжена испарителем и горелкой, установленной в торце топки по касательной к боковой поверхности топки и перпендикулярно к ее оси, выход конденсатора подключен к сепаратору жидкой фракции на углеводороды и воду, а каждый трубчатый змеевик своим входом подключен к выходу испарителя, вход испарителя подключен к выходу воды из сепаратора, а выход каждого змеевика соединен с реактором, другой торец каждой трубы нагрева подключен к входу камеры обогрева, устройство отвода парогазовой смеси выполнено в виде двух перфорированных труб с заглушённым входом, размещенных в верхней части реактора по одной в каждом его элементе, фильтр-циклон снабжен рубашкой обогрева, вход которой подключен к выходу камеры обогрева, а выход рубашки обогрева подключен к входу калорифера, выход калорифера подключен к б дымовой трубе, вход камеры нагрева калорифера подключен к атмосфере, а выход камеры нагрева калорифера подключен к трубе нагрева, выходы перфорированных труб подключены к входу фильтра-циклона, с фильтрующим элементом в виде мешка из термостойкой углеродной ткани, снабженной встряхивающим устройством, а выход фильтра-циклона подключен к входу конденсатора, выход конденсатора по газу подключен к трубам нагрева, устройство для выгрузки твердого остатка подключено к входу магнитного сепаратора, который своим выходом подключен к электростатическому сепаратору.
Выполнение реактора в виде двух одинаковых секций, размещенных в горизонтальной плоскости и соединенных параллельно по боковой поверхности, обеспечивает снижение тепловых потерь при одновременном увеличении производительности реактора. В случае выполнения реактора в виде двух изолированных друг от друга секций тепловые потери будут больше, чем при соединении секций параллельно по боковой поверхности. Снижение тепловых потерь обеспечивает уменьшение энергетических затрат на процесс переработки отходов.
Узел термического разложения, выполненный в виде шнеков с установленными по оси каждого трубами и размещенных в каждой секции реактора обеспечивает эффективное термическое разложение паров высокомолекулярных углеводородов, образующихся при термолизе резиновых отходов, на компоненты с более низкой молекулярной массой. При этом на процесс термического разложения углеводородов затрачивается тепловая энергия, которую необходимо подводить к парам углеводородов.
В нашем случае эффективность термического разложения (уменьшение времени на процесс разложения) обеспечивается за счет того, что выделяющиеся из отходов пары углеводородов движутся от поверхности отходов вверх и обтекают нагретые до высокой температуры трубы, которые размещены непосредственно (вблизи) над поверхностью отходов. В результате нагрева паров путем конвективного теплообмена с поверхностью труб и путем излучения осуществляется термическое разложение в первую очередь высокомолекулярных углеводородов (высокомолекулярные углеводороды термически менее стойкие, чем низкомолекулярные) с образованием более ценных (легких) углеводородов. Таким образом, повышается качество жидких продуктов термолиза резиновых отходов. Термическое разложение высокомолекулярных углеводородов приводит к существенному снижению их в парогазовой смеси, которая выводится в систему конденсации. В противном случае (при значительном содержании высокомолекулярных углеводородов в парогазовой смеси) при течении смеси по трубопроводам и поступлении ее в систему конденсации происходит на всем протяжении протекания смеси отложение смол (конденсация из парогазовой смеси) на стенках трубопроводов и теплообменной поверхности конденсатора. Этот эффект приводит к зарастанию трубопроводов смолами и выходу конденсатора из строя.
В процессе термического разложения паров высокомолекулярных углеводородов на стенках труб неизбежно образуется слой сажи, который снижает передачу тепла от труб к отходам. Образование слоя сажи на поверхности труб создает теплоизоляционную рубашку и трубы в результате перегрева прогорают, а реактор выходит из строя. Для постоянного снятия слоя сажи с поверхности труб по всей длине каждого шнека, параллельно друг другу по углам равностороннего треугольника в соприкосновении и перпендикулярно к боковой поверхности каждой трубы шнека установлены пластины.
При вращении шнека пластины скользят по боковой поверхности труб и срезают образующуюся сажу, которая под действием своего веса выпадает на поверхность отходов, перемещаемых шнеками.
Образующаяся из паров углеводородов сажа практически не содержит зольных включений в виде минеральных составляющих потому, что в парах углеводородов не содержатся минеральные примеси (окислы кремния, железа, цинка и др.). При смешивании данной сажи с твердым остатком снижается содержание минеральных примесей в смеси, в результате чего качество твердых продуктов термолиза резиновых отходов повышается (снижается содержание золы, увеличивается удельная поверхность). Установка трубчатого змеевика внутри каждой трубы позволяет регулировать температуру поверхности трубы и тем самым регулировать скорость и количество образующейся на поверхности трубы сажи. Эта регулировка осуществляется путем изменения расхода водяного пара, прокачиваемого через змеевик. Одновременно при этом водяной пар перегревают до заданной температуры и подают через змеевик в реактор в качестве рабочего водяного пара.
Для осуществления процесса переработки резиновых отходов необходимо подводить тепловую энергию в реактор. Подключение цилиндрической топки к торцу каждой трубы шнека позволяет непосредственно в реактор через трубу подводить тепловую энергию.
Для обеспечения полного сгорания топлива топка снабжена горелкой, установленной в торце топки по касательной к боковой поверхности топки и перпендикулярно к ее оси, что позволяет создать в топке вихревое горение, при котором происходит полное сжигание топлива, в результате чего уменьшаются энергетические затраты на процесс переработки отходов. Продукты сгорания из топки протекают по трубе в течение некоторого времени, в результате чего осуществляется полное дожигание топлива, а также разложение вредных веществ.
Снабжение топки испарителем позволяет генерировать рабочий водяной пар без применения специального парогенератора, а также обеспечить охлаждение стенок топки для исключения их прогорания и снизить тепловые потери в окружающую среду, поскольку тепло через боковые стенки топки передается испарителю, а не сбрасывается в окружающую среду, т.е. в данном случае испаритель играет роль эффективной тепловой изоляции топки (эффективной потому, что тепло полезно используется для получения рабочего водяного пара), а это приводит к снижению энергетических затрат на процесс переработки отходов.
Для производства рабочего водяного пара в испаритель необходимо постоянно подавать воду. Поэтому вход испарителя подключен к выходу воды из сепаратора, в котором осуществляют разделение жидких продуктов на воду и жидкие углеводороды. Отделяемая в сепараторе вода образуется в конденсаторе в результате конденсации рабочего водяного пара и не содержит солей. Эта вода используется в замкнутом цикле, что позволяет значительно снизить использование воды из других источников и обеспечить снижение расхода воды на процесс переработки отходов.
Подключение каждого трубчатого змеевика своим входом к выходу испарителя обеспечивает подачу водяного пара в змеевик и протекание пара по змеевику под действием избыточного давления, которое создается в испарителе в результате нагрева.
Для подачи водяного пара в реактор выход каждого змеевика соединен с реактором.
Важно то, что выходящий перегретый водяной пар из змеевика обтекает поверхность труб шнеков и контактирует с сажей, образующейся на поверхности. Поскольку сажа на поверхности имеет температуру около 700 - 800 °С, то контакт ее с водяным паром приводит к реакции разложения водяного пара с образованием водорода и оксида углерода. Образующийся водород при высокой температуре в реакторе смешивается с парами углеводородов, в результате чего протекают реакции гидрирования, т.е. снижения содержания в парогазовой смеси непредельных соединений, а это улучшает качество образующихся жидких углеводородов.
Протекающие по трубам шнека продукты сгорания топлива выходят из труб при высокой температуре (не ниже чем температура в реакторе, т.е. около 500 - 600°С) и поэтому для повышения энергоэффективности оборудования и снижения энергетических затрат на процесс переработки данные продукты не выбрасывают в атмосферу, а направляют в камеру обогрева, что обеспечивается в результате подключения торца (выхода) каждой трубы шнека к камере обогрева.
Выполнение устройства отвода парогазовой смеси в виде двух перфорированных труб с заглушённым входом, размещенных в верхней части реактора по одной в каждом его элементе и подключение их к входу фильтра- циклона, с фильтрующим элементом в виде мешка из термостойкой углеродной ткани, снабженной встряхивающим устройством, обеспечивает вывод парогазовых продуктов из реактора и очистку их от мелкодисперсных частиц сажи (углерода), которые образуются при вращении шнека и измельчении твердого остатка, а также при срезании слоя сажи с поверхности труб. При этом крупные частицы твердого остатка сажи не проходят через перфорацию труб. Создание перфорации на поверхности труб позволяет увеличить общее сечение, через которое выводят парогазовую смесь из реактора, и снизить скорость газового потока на поверхности труб, т.е. снизить количество уносимых из реактора твердых частиц. Поскольку парогазовая смесь имеет высокую температуру (400 - 500°С), то в качестве фильтрующего элемента в фильтре-циклоне установлен мешок из термостойкой углеродной ткани. При этом фильтрация парогазовой смеси при высокой температуре предотвращает оседание конденсата паров углеводородов на фильтрующем элементе и забивание его. Поскольку в результате оседания частиц на поверхности углеродной ткани создает сопротивление потоку парогазовой смеси через фильтр-циклон, то фильтрующий элемент регулярно (1 - 3 раза в минуту) встряхивают с помощью встряхивающего устройства и сбрасывают сажу в накопитель фильтра.
Снабжение фильтра рубашкой обогрева, вход которой подключен к выходу камеры обогрева реактора, позволяет поддерживать высокую температуру фильтра-циклона (выше температуры конденсации паров углеводородов), чтобы исключить их конденсацию в самом фильтре-циклоне и оседание конденсата паров на поверхности углеродной ткани.
Выходящие из рубашки обогрева продукты сгорания имеют высокую температуру и поэтому выход рубашки обогрева фильтра-циклона подключен к входу калорифера, что позволяет охладить продукты сгорания до температуры 200 - 250°С, после чего направить их в дымовую трубу. При этом за счет тепла охлаждения продуктов сгорания нагревают воздух, который с помощью вентилятора прокачивают через камеру нагрева калорифера и подают в трубы нагрева. Подача нагретого до 150 - 250°С воздуха в трубы нагрева для сжигания неконденсирующихся паров углеводородов позволяет полезно использовать тепло и приводит к снижению энергетических затрат на процесс переработки резиновых отходов. При этом также возрастает температура горения в трубах нагрева, что приводит к снижению выбросов стойких органических загрязнителей в атмосферу.
Подключение выхода фильтра-циклона к входу конденсатора позволяет подать парогазовую смесь, очищенную от твердых частиц, в конденсатор для охлаждения ее и конденсации водяных паров и паров углеводородов.
В конденсаторе часть паров углеводородов, имеющих низкую температуру кипения (ниже 100°С) не конденсируется. Для предотвращения выброса неконденсирующихся паров углеводородов в окружающую среду выход конденсатора по газу подключен к трубам нагрева. Таким образом, неконденсирующиеся пары углеводородов подают в трубы нагрева и сжигают, что позволяет полезно использовать энергию паров и снизить расход жидкого топлива на процесс переработки.
Образующийся при переработке резиновых отходов твердый остаток имеет высокую зольность (около 12-14 масс.%, что зависит от вида резиновых отходов) и поэтому не может быть использован для производства ответственных резиновых изделий. Поэтому устройство выгрузки твердого остатка подключено к магнитному сепаратору и коронному электростатическому сепаратору, в котором из твердого остатка отделяется зола. При этом улучшается качество твердого остатка. А отделенная зола содержит большое количество оксида цинка (в зависимости от вида резины это содержание может достигать 30 - 40 %, что значительно выше, чем содержание оксида цинка в концентратах, используемых для его получения) и поэтому представляет собой ценное сырье для получения оксида цинка.
Таким образом, подключение коронного электростатического сепаратора позволяет не только улучшить качественные показатели твердых продуктов переработки резиновых отходов, но и получить ценное сырье для производства оксида цинка.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1, 2, 3 приведен общий вид и детали устройства для переработки резиновых отходов.
Устройство содержит накопитель 1, подключенный к бункеру 2 с затворами 3 и 4 для подачи отходов 5; реактор 6; двигатель 7, подключенный к шестерне 8, которая подключена к шестерне 9; шнеки 10; емкость 11, подключенную к крану-регулятору 12; горелки 13; цилиндрические топки 14 с испарителями 15; краны 16, подключенные к трубчатым змеевикам 17, установленным в трубах нагрева 18; выходы для пара 19; датчики температуры 20; трубопровод 21; рубашку нагрева реактора 22; кран 23; рубашку фильтра 24; фильтр-циклон 25 с фильтрующим элементом 26; датчик температуры 27; калорифер 28 с камерой нагрева 29; вентилятор 30; датчик температуры 31; дымосос 32, подключенный к дымовой трубе 33; шибер 34; датчик температуры 35; высокотемпературное уплотнение 36; скребки 37; перфорированные трубы 38; кран 39; встряхивающее устройство 40; накопитель 41; компрессор 42; конденсатор 43; градирню 44; датчик температуры 45; сепаратор 46; накопитель 47; фильтр для воды 48; кран 49; накопитель 50; кран 51 ; выход для углеродного остатка 52; дозатор - охладитель 53; магнитный сепаратор 54; накопитель 55; электростатический сепаратор 56; накопители 57 и 58; кран 59.
Согласно изобретению устройство работает следующим образом.
Из накопителя 1 в бункер 2 при закрытых затворах 3 и 4 подают измельченные резиновые отходы 5 в виде чипсов. После заполнения бункера 2 открывают затвор 3 и отходы из бункера 2 просыпаются вниз и задерживаются на затворе 4. После этого закрывают затвор 3, открывают затвор 4, и отходы просыпаются в реактор 6. Затем затвор 4 закрывают. Одновременно с помощью двигателя 7 приводят во вращение шестерню 8, входящую в зацепление с шестерней 9, которая подключена к первому шнеку 10, и входящей в зацепление с шестерней второго шнека. Такое подключение шестерней при вращении шестерни 8 приводит к вращению шнеков навстречу друг другу. При этом отходы транспортируются от загрузки к выгрузке. Вращающиеся навстречу друг другу шнеки интенсивно перемешивают отходы и перемещают их, в результате чего интенсифицируется (возрастает) передача тепла к отходам.
Время перемещения отходов по реактору регулируют путем изменения числа оборотов двигателя 7. Одновременно с началом процесса перемещения отходов из емкости 11 через краны - регуляторы 12 в горелки 13 (на фиг.1 показана одна горелка) подают топливо и сжигают его. Горелки 13 установлены в цилиндрических топках 14 и при сжигании топлива образуется вихрь продуктов сгорания с высокой температурой. В результате происходит полное сгорание топлива и снижается образование вредных соединений (бенз(а)пирены и др.) в продуктах сгорания. При этом одновременно интенсифицируется теплообмен продуктов сгорания с испарителем 15, что обеспечивает возможность при небольших габаритах испарителя производить достаточное количество рабочего водяного пара. Водяной пар из испарителей 15 при температуре 100 -110°С через краны 16 с заданным расходом подают в трубчатые змеевики 17, установленные в трубах нагрева 18.
Из цилиндрических топок 14 продукты сгорания топлива поступают в трубы нагрева 18. Протекая по трубам нагрева 18, продукты сгорания топлива нагревают реактор, а также протекающий по трубчатым змеевикам 17 водяной пар. Регулируя с помощью кранов 16 расход водяного пара через трубчатые змеевики 17, поддерживают температуру пара на выходах 19 в интервале 450 - 500° С. При этом температуру водяного пара, выходящего из каждого трубчатого змеевика 17 через выход 19, контролируют с помощью датчиков температуры 20.
Поскольку трубчатые змеевики 17 установлены непосредственно в трубах нагрева 18, то поток продуктов сгорания турбулизируется (устанавливается турбулентный режим течения продуктов сгорания), в результате чего значительно увеличивается теплоотдача от потока к самим трубчатым змеевикам 17, а также к стенкам труб нагрева 18 и далее от стенок путем конвекции и излучения увеличивается поток тепла в реактор 6.
Из труб нагрева 18 продукты сгорания выходят по трубопроводу 21, соединяющему обе трубы нагрева, в рубашку нагрева 22. Протекая по рубашке нагрева 22, продукты сгорания дополнительно нагревают реактор.
Через кран 23 продукты сгорания направляют в рубашку 24 фильтра- циклона 25. Это необходимо для поддержания температуры фильтра выше температуры конденсации паров углеводородов, которые образуются при термолизе резиновых отходов. В противном случае при снижении температуры часть паров углеводородов будет конденсироваться в фильтре-циклоне 25 и осаждаться на фильтрующем элементе 26, в результате чего фильтрующий элемент выйдет из строя.
При этом температуру в фильтре-циклоне 25 контролируют по показаниям датчика температуры 27 и поддерживают в интервале 350 - 400°С путем регулирования расхода продуктов сгорания с помощью крана 23. Прошедшие через рубашку 24 фильтра 25 продукты сгорания подают в калорифер 28 и охлаждают до температуры 200 - 250°С путем прокачки воздуха через камеру нагрева 29 с помощью вентилятора 30. При этом температуру охлаждения продуктов сгорания контролируют по показаниям датчика температуры 31. Охлажденные продукты сгорания из калорифера 28 с помощью дымососа 32 выводят в дымовую трубу 33. Нагретый в калорифере воздух с помощью вентилятора 30 через шиберы 34 подают в равных количествах в трубы нагрева 18. Это позволяет полезно использовать тепло продуктов сгорания, которые выходят из рубашки нагрева 24 при высокой температуре (350 - 400°С). При этом снижается расход топлива за счет полного использования теплоты продуктов сгорания и предотвращается выброс тепловой энергии в окружающую среду с продуктами сгорания, т.е. повышается энергетическая эффективность процесса переработки изношенных шин.
С перегретым водяным паром непосредственно в реактор 6 вводят тепло в области подачи исходных резиновых отходов, имеющих температуру, близкую к температуре окружающей среды (поданные в реактор отходы еще не прогрелись).
Подача перегретого водяного пара в эту область (зону реактора) обеспечивает высокую разность температур между перегретым до 500°С водяным паром и холодными отходами с температурой примерно 30 - 40°С. А это (высокая разность температур) обеспечивает высокие потоки тепла от пара к отходам путем конвективного переноса тепловой энергии, в результате чего ускоряется нагрев отходов и снижается время их переработки.
Резиновые отходы перемещаются по реактору 6 и нагреваются в результате контакта с горячими стенками реактора, а также путем конвективного теплообмена с подаваемым в реактор водяным паром, путем излучения от труб нагрева и конвективного теплообмена с поверхностью труб нагрева.
Размещение труб нагрева по осям каждого шнека позволяет приблизить трубы нагрева к поверхности резиновых отходов, что улучшает перенос тепла не только излучением, но и конвекцией. Поскольку в реакторе находится водяной пар и пары углеводородов, которые поглощают тепловое излучение, то для снижения величины этого поглощения необходимо снижать расстояние от труб нагрева до поверхности резиновых отходов. При большем расстоянии от труб нагрева до поверхности отходов значительная часть (зависит от расстояния, которое проходит тепловое излучение) теплового излучения будет поглощаться парогазовой смесью (смесь водяного пара и паров углеводородов), и поэтому снизится тепловой поток к самим отходам, что приведет к увеличению времени разложения отходов, а значит снижению производительности и росту энергетических затрат на процесс переработки отходов.
В процессе нагрева резиновых отходов в реакторе 6 до температуры 300 - 400 °С начинает протекать термолиз резиновых отходов с выделением газообразных продуктов и твердого углеродного остатка. При этом температуру в реакторе 6 контролируют по показаниям датчика температуры 35 и регулируют путем изменения количества топлива, сжигаемого в горелках 13. Газообразные продукты разложения отходов смешиваются с водяным паром, в результате чего в реакторе 6 образуется парогазовая смесь, и давление в реакторе поднимается выше атмосферного. При этом для исключения выхода парогазовых продуктов из реактора 6 в окружающую среду и обеспечения вращения шнеков 10 в каждой секции реактора установлены высокотемпературные уплотнения 36.
Парогазовые продукты, образовавшиеся в результате термолиза резиновых отходов, контактируют с поверхностью труб нагрева, имеющей высокую температуру (700 - 800°С), в результате чего протекает термическое разложение высокомолекулярных углеводородов с образованием углеводородов меньшей массы и сажи, которая в виде слоя отлагается на поверхности труб нагрева. Этот слой сажи необходимо непрерывно снимать с поверхности труб нагрева, чтобы поддерживать передачу тепла от труб нагрева в реактор к отходам. Слой сажи на поверхности создает тепловое сопротивление и поток тепла через этот слой снижается, в результате в реактор поступает меньшее количество тепловой энергии, а сами трубы нагрева из-за низкого теплоотвода перегреваются до высокой температуры и в результате прогорают, что приводит к аварийной ситуации (разрушению реактора).
Сажу с поверхности труб нагрева снимают с помощью скребков 37, которые при вращении шнека 10 скользят по боковой поверхности труб нагрева 18 и срезают слой сажи. Срезанная сажа под действием собственного веса падает в слой резиновых отходов, перемещаемых с помощью шнеков 10.
В результате термического разложения высокомолекулярных углеводородов в парогазовой смеси повышается содержание ценных низкомолекулярных углеводородов, а также снижается содержание смолистых соединений. Одновременно водяной пар реагирует с сажей (углеродом) с образованием водорода и оксида углерода.
Поступление водорода в реактор 6 приводит к гидрированию непредельных углеводородов, содержащихся в парогазовой смеси, в результате чего образуются ценные предельные углеводороды, т.е. качество продуктов термолиза резиновых отходов повышается.
Парогазовые продукты из каждой секции реактора через перфорированные трубы 38 с помощью кранов 39 выводят из реактора 6 в фильтр-циклон 25.
В результате перемещения отходов по реактору под действием шнеков происходит измельчение твердого углеродистого остатка с образованием мелкодисперсной углеродной пыли, которая выходит в реактор. Вывод парогазовой смеси из реактора без очистки парогазовой смеси от пыли приводит к выносу углеродной пыли в трубопроводы и систему конденсации, в результате чего трубопроводы и система конденсации забиваются углеродной пылью. Снижается проходное сечение трубопроводов и повышается давление в реакторе. Забивание углеродной пылью системы конденсации приводит к снижению теплопередачи (слой пыли на поверхности системы конденсации играет роль теплового изолятора) и выходу системы из строя.
Подача парогазовой смеси в фильтр-циклон 25 позволяет снизить вынос углеродной пыли из реактора. Это происходит потому, что парогазовая смесь проходит через фильтрующий элемент 26 в виде мешка из термостойкой углеродной ткани, снабженной встряхивающим устройством. Частицы пыли осаждаются на поверхности фильтрующего элемента и с помощью встряхивающего устройства 40 сбрасываются в нижнюю часть фильтра-циклона 25, откуда выгружаются в накопитель 41. Этот углерод представляет собой ценный продукт, по своим показателям близкий к техническому углероду с низким содержанием золы.
Поток парогазовой смеси, прошедший через фильтр-циклон 25, с помощью компрессора 42 подают в конденсатор 43, в котором в результате теплообмена с охлаждающей водой, прокачиваемой через кожух конденсатора от градирни 44, охлаждают до температуры конденсации водяного пара, что контролируют по показаниям датчика температуры 45. В результате охлаждения парогазовых продуктов конденсируется водяной пар и часть паров углеводородов с образованием конденсата, состоящего из воды и жидких углеводородов. Этот конденсат из конденсатора 43 подают в сепаратор 46 и разделяют на воду и жидкие углеводороды. Воду из сепаратора 46 подают в накопитель 47, из которого через фильтр 48 и кран 49 воду возвращают в испаритель 15 для получения рабочего водяного пара.
Жидкие углеводороды из сепаратора 46 подают в накопитель 50, из которого в нужном количестве часть жидких углеводородов через кран 51 подают в цилиндрические топки 14 и сжигают, а энергию используют для получения рабочего водяного пара и нагрева реактора 6.
Твердый углеродный остаток через выход 52 с помощью ротационного дозатора- охладителя 53 выводят из реактора 6 и подают в магнитный сепаратор 54, где отделяют магнитные включения (частицы металлического корда), которые выгружают в накопитель 55.
Из магнитного сепаратора 54 очищенный от металлических включений твердый углеродный остаток подают в электростатический сепаратор 56, в котором отделяют часть золы (неорганические включения: оксиды цинка, кремния, железа, кальция и др.).
Поток очищенного от золы твердого углеродного остатка из электростатического сепаратора 56 выводят в накопитель 57, а неорганические включения выводят в накопитель 58. Данные неорганические включения содержат большое количество оксида цинка (в зависимости от вида резиновых отходов от 20 до 40 масс.%) и поэтому представляют собой высококачественное сырье для получения оксида цинка. Содержание оксида цинка в данных включениях в несколько раз превышает содержание его в концентратах для получения оксида цинка.
Неконденсирующиеся пары углеводородов из конденсатора 43 через кран 59 подают в трубы нагрева 18, а через шиберы 34, установленные на каждой трубе нагрева, одновременно с подачей неконденсирующихся газов подают воздух от калорифера 28, регулируя его количество степенью открытия шибера. Воздух в трубы нагрева подают через шиберы 34 с помощью вентилятора 30.
В результате смешивания воздуха и неконденсирующихся паров углеводородов образуется горючая смесь, которая воспламеняется под действием пламени горелок и сгорает. Сжигание неконденсирующихся паров углеводородов позволяет получить дополнительную энергию для нагрева реактора и снизить расход топлива, подаваемого в горелки. Это позволяет повысить энергетическую эффективность процесса переработки и предотвратить выброс неконденсирующихся газов в окружающую среду.
ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВА
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.
Из накопителя 1 в бункер 2 при закрытых затворах 3 и 4 подают измельченные резиновые отходы 5 в виде чипсов в количестве по 100 кг каждые 6 минут. Резиновые чипсы имеют размер: длина /= 50мм, ширина s= 50 мм и высота h= 30 мм. В этом случае суммарный расход отходов составляет GQ = 1000 кг/ч. После заполнения бункера 2 открывают затвор 3, и отходы в количестве 100 кг из бункера 2 просыпаются вниз и задерживаются на затворе 4. После этого закрывают затвор 3, открывают затвор 4, и отходы просыпаются в реактор 6 и равномерно по 50 кг распределяются в каждую секцию реактора. Затем затвор 4 закрывают. Таким образом, каждые 6 минут порционно загружают отходы в реактор 6.
Одновременно с загрузкой первой порции отходов с помощью двигателя 7 приводят во вращение шестерню 8 с частотой 2 об/мин. Шестерня 8 входит в зацепление с первой шестерней 9, подключенной к первому шнеку 10 и второй шестерней 9, подключенной к второму шнеку 10. Такое подключение шестерней при вращении шестерни 8 приводит к вращению шнеков 10 навстречу друг другу. Поскольку один шнек имеет левосторонний ход ленты, а второй шнек имеет правосторонний ход ленты, то при вращении шнеков навстречу друг другу резиновые отходы транспортируются в одном направлении, т.е. от загрузки к выгрузке.
Пусть внешний диаметр каждого шнека 10 равен d=Q,8 м, а шаг составляет =0,2 м. Шнеки вращаются с частотой 2 об/мин. Длина каждого шнека , 2 - 6м .
Скорость осевого перемещения материала в шнеке:
V - npxt/60c = 2x0,2 60c = 0,0067 м/с ( 1 ) где np - число оборотов винта в минуту (для нашего случая принимаем 2 об.); t - шаг шнека (для нашего случая принимаем t = 0,20 м.).
Время прохождения отходами шнека длиной 6 м будет равно
Тотх = 6м/0,0067м/с = 896с (2)
Этого времени (примерно 15 минут) достаточно для протекания полного термического разложения чипсов заданного размера на газообразные и твердые продукты.
Время перемещения отходов по реактору регулируют путем изменения числа оборотов двигателя 7. Одновременно с началом процесса перемещения отходов из емкости 1 1 через кран - регулятор 12 с расходом 40 кг/ч в каждую горелку 13 подают топливо и сжигают его. При сжигании суммарно в двух горелках 80 кг/ч жидкого топлива с удельной теплотой сгорания 40 000 кДж/кг образуется 1600 кг/ч продуктов сгорания. Горелки 13 установлены в цилиндрических топках 14 и при сжигании топлива образуется вихрь продуктов сгорания с высокой температурой. В результате происходит полное сгорание топлива и снижается образование вредных соединений (бенз(а)пирены и др.) в продуктах сгорания. При этом одновременно интенсифицируется теплообмен продуктов сгорания с испарителем 15.
За счет теплообмена продуктов сгорания в двух испарителях генерируется 100 кг/ч водяного пара. В результате на выходе из каждой цилиндрической топки продукты сгорания будут иметь температуру 900°С за счет теплообмена с испарителем 15. Таким образом, происходит охлаждение продуктов сгорания от 1200°С до 900°С. Это необходимо для того, чтобы не прогорели трубы шнека. Одновременно при этом полезно используется тепловая энергия для производства рабочего водяного пара.
Водяной пар из испарителей 15 при температуре 100 °С через краны 16 с расходом по 50 кг/ч из каждого испарителя подают в каждый трубчатый змеевик 17.
Из цилиндрических топок 14 продукты сгорания топлива с расходом по 800 кг/ч из каждой топки поступают в каждую трубу нагрева 18 при температуре 900°С. Протекая по трубам нагрева 18, продукты сгорания топлива нагревают реактор, а также протекающий по трубчатому змеевику 17 водяной пар. Нагрев осуществляется путем излучения от труб 18 и путем конвективного теплообмена. При этом 85 % тепловой энергии от труб нагрева к отходам передается путем излучения, а 15 % передаются путем конвективного теплообмена.
Количество тепла определяется средней температурой поверхности труб
18 и средней температурой отходов.
Произведем расчет теплоотдачи излучением. Определяем удельный тепловой поток излучением по формуле:
qu = С0 х ε[(Γτ·/100)4 - ( W100)4], (3)
где: Тт - средняя температура стенки трубы нагрева. В нашем случае Тт = 0,5(673 К+ 973К)=823 К; Тотх - средняя температура резиновых отходов. В нашем случае Тотх = 0,5(293К+773К)= 533К; С0 - излучательная способность абсолютно черного тела, С0 = 5,67 Вт/(м2 К4); ε - степень черноты стали, ε = 0,8 (см. В. П. Исаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел Телопередача: Учебник для вузов - 4 изд. - М.: Энергоиздат, 1981, с.406, Табл.9).
Удельный тепловой поток излучением qu H от стенки трубы нагрева к отходам на основании (3) будет равен:
qu" = 5,67х0,8х[(823/100)4 - (533/100)4] = 17055Вт/м2. (4)
Диаметр трубы нагрева равен dm H. = 0,3 м. При длине Lm.H. = 6 м площадь боковой поверхности будет равна S = π dm,H. LmM = 3,14 х 0,3 м х 6 м = 5,65 м . Поэтому суммарный тепловой поток излучением от трубы нагрева к отходам составит величину:
QM= qu"x S= 17055 Вт/м2 х 5,65 м2 = 96360 Вт ( 96,4 кВт). (5) Путем конвективного теплообмена к отходам передается следующее количество тепловой энергии: QK= [(£>#)/0,85]х 0,15 = [(96,4 кВт)/0,8]х 0,15 = 17 кВт.
Таким образом, суммарное количество тепловой энергии, которое передается от каждой трубы нагрева к резиновым отходам, составляет величину 96,4 кВт + 17 кВт = 113,4 кВт.
От двух труб нагрева к отходам в реакторе передается 226, 8 кВт тепловой энергии.
Этой энергии с учетом тепла, подводимого от камеры обогрева реактора, достаточно для термического разложения 1000 кг/ч резиновых отходов. Регулируя с помощью крана 16 расход водяного пара через каждый трубчатый змеевик 17, поддерживают его равным 50 кг/ч, в результате чего температура водяного пара на выходе 19 устанавливается равной 450 °С. При этом температуру водяного пара, выходящего из каждого трубчатого змеевика 17 через выход 19, контролируют с помощью датчиков температуры 20.
Из труб нагрева 18 продукты сгорания выходят по трубопроводу 21, соединяющему обе трубы нагрева, в рубашку нагрева 22 с расходом 1600 кг/ч и при температуре Т=500°С. Протекая по рубашке нагрева 22, продукты сгорания дополнительно нагревают реактор.
Через кран 23 продукты сгорания с расходом 1600 кг/ч направляют в рубашку 24 фильтра-циклона 25. Это необходимо для поддержания температуры фильтра выше температуры конденсации паров углеводородов, которые образуются при термолизе резиновых отходов. В нашем случае данная температура составляет Т=400°С. В противном случае при снижении температуры часть паров углеводородов будет конденсироваться в фильтре- циклоне 25 и осаждаться на фильтрующем элементе 26, в результате чего фильтрующий элемент выйдет из строя.
При этом температуру в фильтре-циклоне 25 контролируют по показаниям датчика температуры 27 и поддерживают равной Т = 400°С путем регулирования расхода продуктов сгорания с помощью крана 23 таким образом, что часть продуктов сгорания при повышении температуры в фильтре направляют в калорифер 28 мимо фильтра. Прошедшие через рубашку 24 фильтра-циклона 25 продукты сгорания с расходом 1600 кг/ч подают в калорифер 28 и охлаждают до температуры 250°С путем прокачки воздуха через камеру нагрева 29 с помощью вентилятора 30.
В этом случае количество нагреваемого воздуха составит величину Мв = Gn.c-xCn.c- x(TBX.n- - Твых.п-) I Свх(Твых~ Твх) =
\6 гх \,2кДж/кг°С*{Ш°С - 250°Q / 3600с 1,2* ж/кг°Сх(150°С - 20°С) = 0,52кг/с, (6)
где Мв - количество нагреваемого воздуха, кг/с;
Gn.c. - расход продуктов сгорания, 1600 кг/ч;
Сп.с. - удельная теплоемкость продуктов сгорания, 1,2 кДж/кг°С;
Св - удельная теплоемкость воздуха, 1,2 кДж/кг°С; Твх.п - температура продуктов сгорания на входе в калорифер, 400°С;
Твых. п - температура продуктов сгорания на выходе из калорифера, 250°С; Твых - температура воздуха на выходе из калорифера, 180°С;
Твх - температура воздуха на входе в калорифер, 20°С.
Этого количества воздуха достаточно для полного сжигания жидкого топлива с расходом 80 кг/ч в двух цилиндрических топках.
При этом температуру охлаждения продуктов сгорания контролируют по показаниям датчика температуры 31. Охлажденные продукты сгорания из калорифера 28 с помощью дымососа 32 с расходом 1600 кг/ч выводят в дымовую трубу 33. Нагретый в калорифере воздух с помощью вентилятора 30 с расходом 0,26 кг/с через шибер 34 подают в одну трубу нагрева 18 и с расходом 0,26 кг/с подают в другую трубу нагрева.
Это позволяет полезно использовать тепло продуктов сгорания, которые выходят из рубашки нагрева 24 при высокой температуре (400°С). При этом снижается расход топлива за счет полного использования теплоты продуктов сгорания и предотвращается выброс тепловой энергии в окружающую среду, т.е. повышается энергетическая эффективность процесса переработки изношенных шин.
С перегретым водяным паром непосредственно в реактор 6 вводят тепло в области подачи исходных резиновых отходов, имеющих температуру, близкую к температуре окружающей среды (поданные в реактор отходы еще не прогрелись).
Подача перегретого водяного пара в эту область (зону реактора) обеспечивает высокую разность температур между перегретым до 500°С водяным паром и холодными отходами с температурой примерно 20°С. А это (высокая разность температур) обеспечивает высокие потоки тепла от пара к отходам путем конвективного переноса тепловой энергии, в результате чего ускоряется нагрев отходов и снижается время их переработки.
Резиновые отходы перемещаются по реактору 6 и нагреваются в результате контакта с горячими стенками реактора, а также путем конвективного теплообмена с подаваемым в реактор водяным паром, путем излучения от труб нагрева и конвективного теплообмена с поверхностью труб нагрева. В процессе нагрева резиновых отходов в реакторе 6 до температуры 400 °С начинает протекать термолиз резиновых отходов с выделением газообразных продуктов и твердого углеродного остатка. В нашем случае при переработке 1000 кг/ч резиновых отходов образуется 40 масс.% паров углеводородов и 60 масс.% твердого остатка. При этом температуру в реакторе 6 контролируют по показаниям датчика температуры 35 и регулируют путем изменения количества топлива, сжигаемого в горелках 13.
Газообразные продукты разложения отходов с расходом 400 кг/ч смешиваются с водяным паром (подают в реактор с расходом 100 кг/ч), в результате чего в реакторе 6 образуется парогазовая смесь в количестве 400 кг/ч + 100 кг/ч = 500 кг/ч, и давление в реакторе поднимается выше атмосферного. При этом для исключения выхода парогазовых продуктов из реактора 6 в окружающую среду и обеспечения вращения шнеков 10 в каждой секции реактора установлены высокотемпературные уплотнения 36.
Парогазовые продукты, образовавшиеся в результате термолиза резиновых отходов, контактируют с поверхностью труб нагрева, имеющей высокую температуру, в результате чего протекает термическое разложение высокомолекулярных углеводородов с образованием углеводородов меньшей массы и сажи, которая в виде слоя отлагается на поверхности труб нагрева. В нашем случае образуется 20 масс.% сажи от количества паров углеводородов, т.е. 400 кг/ч х 0,2 = 80 кг/ч. Этот слой сажи необходимо непрерывно снимать с поверхности труб нагрева, чтобы поддерживать передачу тепла от труб нагрева в реактор к отходам. Слой сажи на поверхности создает тепловое сопротивление и поток тепла через этот слой снижается, в результате в реактор поступает меньшее количество тепловой энергии, а сами трубы нагрева из-за низкого теплоотвода перегреваются до высокой температуры и в результате прогорают, что приводит к аварийной ситуации (разрушению реактора).
Сажу с поверхности труб нагрева снимают с помощью скребков 37, которые при вращении шнека 10 скользят по боковой поверхности труб нагрева 18 и срезают слой сажи. Срезанная сажа под действием собственного веса в количестве 80 кг/ч падает в слой резиновых отходов, перемещаемых с помощью шнеков 10. В результате термического разложения высокомолекулярных углеводородов в парогазовой смеси повышается содержание ценных низкомолекулярных углеводородов, а также снижается содержание смолистых соединений. Одновременно водяной пар реагирует с углеродом с образованием водорода и оксида углерода. Поступление водорода в реактор 6 приводит к гидрированию непредельных углеводородов, содержащихся в парогазовой смеси, в результате чего образуются ценные предельные углеводороды, т.е. качество продуктов термолиза резиновых отходов повышается.
Парогазовые продукты из каждой секции реактора через перфорированные трубы 38 с помощью крана 39 с общим расходом 500 кг/ч - 80 кг/ч = 420 кг/ч (где 80 кг/ч количество образовавшейся сажи) выводят из реактора 6 в фильтр-циклон 25.
В результате перемещения отходов по реактору под действием шнеков происходит измельчение твердого углеродистого остатка с образованием мелкодисперсной углеродной пыли, которая выходит в реактор. Вывод парогазовой смеси из реактора без очистки парогазовой смеси от пыли приводит к выносу углеродной пыли в трубопроводы и систему конденсации, в результате чего трубопроводы и система конденсации забиваются углеродной пылью. Снижается проходное сечение трубопроводов и повышается давление в реакторе. Забивание углеродной пылью системы конденсации приводит к снижению теплопередачи (слой пыли на поверхности системы конденсации играет роль теплового изолятора) и выходу системы из строя.
Подача парогазовой смеси в фильтр-циклон 25 позволяет снизить вынос углеродной пыли из реактора. Это происходит потому, что парогазовая смесь проходит через фильтрующий элемент 26 в виде мешка из термостойкой углеродной ткани, снабженной встряхивающим устройством. Частицы пыли осаждаются на поверхности фильтрующего элемента и с помощью встряхивающего устройства 40 сбрасываются в нижнюю часть фильтра-циклона 25, откуда выгружаются в накопитель 41. Этот углерод представляет собой ценный продукт, по своим показателям близкий к техническому углероду с низким содержанием золы.
В нашем случае количество уносимой из реактора углеродной пыли составляет 5 масс.% от количества образующегося твердого остатка, т.е. 600 кг/ч x 0,05 = 30 кг/ч. Эта углеродная пыль улавливается фильтром и с расходом 30 кг/ч выводится в накопитель 41.
Поток парогазовой смеси, прошедший через фильтр-циклон 25, с помощью компрессора 42 с расходом 420 кг/ч подают в конденсатор 43, в котором в результате теплообмена с охлаждающей водой, прокачиваемой через кожух конденсатора от градирни 44, охлаждают до температуры конденсации водяного пара Т= 100°С, что контролируют по показаниям датчика температуры 45.
В результате охлаждения парогазовых продуктов конденсируется водяной пар в количестве 82 кг/ч потому, что 18 кг/ч водяного пара было израсходовано на реагирование с углеродом с образованием горючих газов (водорода и оксида углерода).
Часть паров углеводородов в количестве 220 кг/ч конденсируется с образованием конденсата, в результате образуется смесь воды и жидких углеводородов в количестве 82 кг/ч + 220 кг/ч = 302 кг/ч. Этот конденсат из конденсатора 43 с расходом 302 кг/ч подают в сепаратор 46 и разделяют на воду и жидкие углеводороды. Воду из сепаратора 46 с расходом 82 кг/ч подают в накопитель 47, из которого через фильтр 48 и кран 49 воду возвращают в испаритель 15 для получения рабочего водяного пара.
Жидкие углеводороды из сепаратора 46 с расходом 220 кг/ч подают в накопитель 50, из которого в нужном количестве 17 кг/ч жидких углеводородов через кран 51 подают в цилиндрические топки 14 и сжигают, а энергию используют для получения рабочего водяного пара и нагрева реактора 6.
Твердый углеродный остаток через выход 52 с помощью ротационного дозатора- охладителя 53 с расходом 600 кг/ч + 80 кг/ч - 12 кг/ч - 30 кг/ч = 638 кг/ч (30 кг/ч углеродного остатка в виде пыли осели в фильтре 25, 12 кг/ч углерода израсходовано на реагирование с водяным паром и 80 кг углерода в виде сажи поступили в твердые продукты) выводят из реактора 6 и подают в магнитный сепаратор 54, где отделяют магнитные включения (частицы металлического корда) в количестве 50 кг/ч, которые выгружают в накопитель 55.
Из магнитного сепаратора 54 очищенный от металлических включений твердый углеродный остаток с расходом 638 кг/ ч - 50 кг/ч =588 кг/ч подают в электростатический сепаратор 56, в котором отделяют часть золы (неорганические включения: оксиды цинка, кремния, железа, кальция и др.) в количестве 5 масс. %, т.е. 588 кг/ч х 0, 05 = 29 кг/ч.
Поток твердого углеродного остатка из электростатического сепаратора 56 с расходом 588 кг/ч - 29 кг/ч = 559 кг/ч выводят в накопитель 57, а неорганические включения в количестве 29 кг/ч выводят в накопитель 58. Данные неорганические включения содержат большое количество оксида цинка (в зависимости от вида резиновых отходов от 20 до 40 масс.%) и поэтому представляют собой высококачественное сырье для получения оксида цинка. Содержание оксида цинка в данных включениях в несколько раз превышает содержание его в концентратах для получения оксида цинка.
Таким образом, содержание золы в твердых продуктах снижается с 12 масс.% до величины 7 масс. %, что приводит к повышению качества твердых продуктов.
Неконденсирующиеся пары углеводородов из конденсатора 43 через кран
59 с расходом 100 кг/ч + 28 кг/ч = 128 кг/ч подают в трубы нагрева 18 (по 63 кг/ч в каждую трубу нагрева), а через шиберы 34, установленные на каждой трубе нагрева, подают воздух, где 28 кг/ч составляет оксид углерода, образовавшийся при реагировании водяного пара с углеродом твердого остатка. Одновременно с подачей неконденсирующихся паров подают воздух от калорифера 28 (с расходом 10 кг воздуха на 1 кг неконденсирующихся паров), т.е. 1280 кг/ч. Количество воздуха регулируют степенью открытия шиберов 34. Воздух в трубы нагрева подают через шиберы 34 с помощью вентилятора 30.
В результате смешивания воздуха и неконденсирующихся паров углеводородов образуется горючая смесь, которая воспламеняется под действием пламени горелок и сгорает. Сжигание неконденсирующихся паров углеводородов в количестве 128 кг/ч эквивалентно сжиганию 63 кг/ч жидкого топлива с удельной теплотой сгорания 40 000 кДж/ позволяет получить дополнительную энергию для нагрева реактора и снизить расход топлива, подаваемого в горелки, с 80 кг/ч до 17 кг/ч. Это позволяет повысить энергетическую эффективность процесса переработки и предотвратить выброс неконденсирующихся газов в окружающую среду.
Пример 2. Из накопителя 1 в бункер 2 при закрытых затворах 3 и 4 подают измельченные резиновые отходы 5 в виде чипсов в количестве по 150 кг каждые 6 минут. Резиновые чипсы имеют размер: длина /= 30мм, ширина s= 50 мм и высота h= 20 мм. В этом случае суммарный расход отходов составляет G0 =l 500 кг/ч. После заполнения бункера 2 открывают затвор 3, и отходы в количестве 150 кг из бункера 2 просыпаются вниз и задерживаются на затворе 4. После этого закрывают затвор 3, открывают затвор 4 и отходы просыпаются в реактор
6 и равномерно по 75 кг распределяются в каждую секцию реактора. Затем затвор 4 закрывают. Таким образом, каждые 6 минут порционно загружают отходы в реактор 6.
Одновременно с загрузкой первой порции отходов с помощью двигателя
7 приводят во вращение шестерню 8 с частотой 3 об/мин. Шестерня 8 входит в зацепление с первой шестерней 9, подключенной к первому шнеку 10 и второй шестерней 9, подключенной ко второму шнеку 10. Такое подключение шестерней при вращении шестерни 8 приводит к вращению шнеков 10 навстречу друг другу. Поскольку один шнек имеет левосторонний ход ленты, а второй шнек имеет правосторонний ход ленты, то при вращении шнеков навстречу друг другу резиновые отходы транспортируются в одном направлении, т.е. от загрузки к выгрузке.
Пусть внешний диаметр каждого шнека 10 равен d=0,8 м, а шаг составляет t=0, 2 м. Шнеки вращаются с частотой 3 об/мин. Длина каждого шнека , 2 = 6м .
Скорость осевого перемещения материала в шнеке:
V = npxt/60c = Зх0,2 /60с = 0,01 м/с, (1)
где пр - число оборотов винта в минуту (для нашего случая принимаем 3 об.); t
- шаг шнека (для нашего случая принимаем t - 0,20 м).
Время прохождения отходами шнека длиной 6 м будет равно
= бти/0,01м/с = 600с, (2)
Этого времени (10 минут) достаточно для протекания полного термического разложения чипсов заданного размера на газообразные и твердые продукты. Время перемещения отходов по реактору регулируют путем изменения числа оборотов двигателя 7. Одновременно с началом процесса перемещения отходов из емкости 11 через кран - регулятор 12 с расходом 60 кг/ч в каждую горелку 13 подают топливо и сжигают его. При сжигании суммарно в двух горелках 120 кг/ч жидкого топлива с удельной теплотой сгорания 40 000 кДж/кг образуется 2400 кг/ч продуктов сгорания. В топках устанавливается температура 1200°С. Горелки 13 установлены в цилиндрических топках 14 и при сжигании топлива образуется вихрь продуктов сгорания с высокой температурой. В результате происходит полное сгорание топлива и снижается образование вредных соединений (бенз(а)пирены и др.) в продуктах сгорания. При этом одновременно интенсифицируется теплообмен продуктов сгорания с испарителем 15.
За счет теплообмена продуктов сгорания в двух испарителях генерируется 150 кг/ч водяного пара. В результате на выходе из каждой цилиндрической топки продукты сгорания будут иметь температуру 950°С за счет теплообмена с испарителем 15. Таким образом, происходит охлаждение продуктов сгорания от 1200°С до 950°С. Это необходимо для того, чтобы не прогорели трубы шнека. Одновременно при этом полезно используется тепловая энергия для производства рабочего водяного пара.
Водяной пара из испарителей 15 при температуре 110°С через краны 16 с расходом по 75 кг/ч из каждого испарителя подают в каждый трубчатый змеевик 17.
Из цилиндрических топок 14 продукты сгорания топлива с расходом по 1200 кг/ч поступают в каждую трубу нагрева 18 при температуре 950°С. Протекая по трубам нагрева 18, продукты сгорания топлива нагревают реактор, а также протекающий по трубчатому змеевику 17 водяной пар. Нагрев осуществляется путем излучения от труб 18 и путем конвективного теплообмена. При этом 85 % тепловой энергии от труб нагрева к отходам передается путем излучения, а 15 % передаются путем конвективного теплообмена.
Количество тепла определяется средней температурой поверхности труб 18 и средней температурой отходов. Произведем расчет теплоотдачи излучением. Определяем удельный тепловой поток излучением по формуле:
qu = С0 х е[(7У100)4 - ( W100)4], (3)
где: Тт - средняя температура поверхности трубы нагрева. В нашем случае Тт = 0,5 (773 К+ 1073К)=923 К; Тотх - средняя температура резиновых отходов. В нашем случае Тотх = 0,5(303К+823К)= 563К; С0 - излучательная способность абсолютно черного тела, С0 - 5,67 Вт/(м2-К4); ε - степень черноты стали, ε = 0,8 (см. В. П. Исаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел Телопередача: Учебник для вузов - 4 изд. - М.: Энергоиздат, 1981, с.406, Табл.9).
Удельный тепловой поток излучением qu на основании (3) будет равен: q " = 5,67х0,8х[(823/100)4 - (533/100)4] = 17055Вт/м2. (4)
Диаметр трубы нагрева равен dmM. = 0,3 м. При длине Zm.„. = 6 м площадь боковой поверхности будет равна S = π dm.H, LmM ~ 3,14 х 0,3 м х 6 м = 5,65 м . Поэтому суммарный тепловой поток излучением от трубы нагрева к отходам составит величину:
QM= qu H S=28363 Вт/м2 х 5,65 м2 = 160250 Вт (160,3 кВт). (5) Путем конвективного теплообмена к отходам передается следующее количество тепловой энергии: QK = [(β#)/0,85]χ 0,15 = [(160,3 кВт)/0,8]х 0,15 = 30кВт.
Таким образом, суммарное количество тепловой энергии, которое передается от каждой трубы нагрева к резиновым отходам, составляет величину 160,3 кВт + 30 кВт = 190,3 кВт.
От двух труб нагрева к отходам в реакторе передается 380, 6 кВт тепловой энергии.
Этой энергии достаточно с учетом тепла, подводимого от камеры обогрева, для термического разложения 1500 кг/ч резиновых отходов.
Регулируя с помощью крана 16 расход водяного пара через каждый трубчатый змеевик 17, поддерживают его равным 75 кг/ч, в результате чего температура водяного пара на выходе 19 устанавливается равной 500 °С. При этом температуру водяного пара, выходящего из каждого трубчатого змеевика 17 через выход 19, контролируют с помощью датчиков температуры 20.
Из труб нагрева 18 продукты сгорания выходят по трубопроводу 21, соединяющему обе трубы нагрева, в рубашку нагрева 22 с расходом 2400 кг/ч и при температуре Т=600°С. Протекая по рубашке нагрева 22, продукты сгорания дополнительно нагревают реактор.
Через кран 23 продукты сгорания с расходом 2400 кг/ч направляют в рубашку 24 фильтра-циклона 25. Это необходимо для поддержания температуры фильтра выше температуры конденсации паров углеводородов, которые образуются при термолизе резиновых отходов. В нашем случае данная температура составляет Т= 500°С. В противном случае при снижении температуры часть паров углеводородов будет конденсироваться в фильтре- циклоне 25 и осаждаться на фильтрующем элементе 26, в результате чего фильтрующий элемент выйдет из строя.
При этом температуру в фильтре-циклоне 25 контролируют по показаниям датчика температуры 27 и поддерживают равной Т = 500° С путем регулирования расхода продуктов сгорания с помощью крана 23 таким образом, что часть продуктов сгорания при повышении температуры в фильтре направляют в калорифер 28 мимо фильтра.
В нашем случае данная часть составляет 900 кг/ч. Прошедшие через рубашку 24 фильтра 25 продукты сгорания с расходом 2400-900 кг/ч - 1500 кг/ч подают в калорифер 28 и охлаждают до температуры 250°С путем прокачки воздуха через камеру нагрева 29 с помощью вентилятора 30. При этом через калорифер также пропускают 900 кг/ч продуктов сгорания, которые не пропускали через рубашку 24.
В этом случае количество нагреваемого воздуха составит величину:
Мв = Gn.c-xCn.c-x(TB n- - Твых.п-) I Свх(Твых~ ΤΒχ) =
2400кгх\,2кДж/кг°Сх(500°С - 300°Q / 3600сх \ ,2кДж/кг°Сх(220°С - 20°Q = 0,67кг/с, (6)
где Мв - количество нагреваемого воздуха, кг/с;
Gn.c. - расход продуктов сгорания, 2400 кг/ч;
Сп.с. - удельная теплоемкость продуктов сгорания, 1,2 кДж/кг°С;
Св - удельная теплоемкость воздуха, 1,2 кДж/кг°С;
вхп- температура продуктов сгорания на входе в калорифер, 500°С;
Твых. п - температура продуктов сгорания на выходе из калорифера, 250°С; Твых - температура воздуха на выходе из калорифера, 220°С;
Твх- температура воздуха на входе в калорифер, 20°С. Этого количества воздуха достаточно для полного сжигания жидкого топлива с расходом 120 кг/ч в двух цилиндрических топках.
При этом температуру охлаждения продуктов сгорания контролируют по показаниям датчика температуры 31. Охлажденные продукты сгорания из калорифера 28 с помощью дымососа 32 с расходом 2400 кг/ч выводят в дымовую трубу 33. Нагретый в калорифере воздух с помощью вентилятора 30 с расходом 0,335 кг/с через шибер 34 подают в одну трубу нагрева 18 и с расходом 0,335 кг/с подают в другую трубу нагрева.
Это позволяет полезно использовать тепло продуктов сгорания, которые выходят из рубашки нагрева 24 при высокой температуре (500°С). При этом снижается расход топлива за счет полного использования теплоты продуктов сгорания и предотвращается выброс тепловой энергии в окружающую среду, т.е. повышается энергетическая эффективность процесса переработки резиновых отходов.
С перегретым водяным паром непосредственно в реактор 6 вводят тепло в области подачи исходных резиновых отходов, имеющих температуру, близкую к температуре окружающей среды (поданные в реактор отходы еще не прогрелись).
Подача перегретого водяного пара в эту область (зону реактора) обеспечивает высокую разность температур между перегретым до 500°С водяным паром и холодными отходами с температурой примерно 20°С. А это (высокая разность температур) обеспечивает высокие потоки тепла от пара к отходам путем конвективного переноса тепловой энергии, в результате чего ускоряется нагрев отходов и снижается время их переработки.
Резиновые отходы перемещаются по реактору 6 и нагреваются в результате контакта с горячими стенками реактора, а также путем конвективного теплообмена с подаваемым в реактор водяным паром, путем излучения от труб нагрева и конвективного теплообмена с поверхностью труб нагрева.
В процессе нагрева резиновых отходов в реакторе 6 до температуры 400
°С начинает протекать термолиз резиновых отходов с выделением газообразных продуктов и твердого углеродного остатка. В нашем случае при переработке 1500 кг/ч резиновых отходов образуется 45 масс.% паров углеводородов и 55 масс.% твердого остатка. При этом температуру в реакторе 6 контролируют по показаниям датчика температуры 35 и регулируют путем изменения количества топлива, сжигаемого в горелках 13.
Газообразные продукты разложения отходов с расходом 675 кг/ч смешиваются с водяным паром (подают в реактор с расходом 150 кг/ч), в результате чего в реакторе 6 образуется парогазовая смесь в количестве 675 кг/ч + 150 кг/ч = 825 кг/ч, и давление в реакторе поднимается выше атмосферного. При этом для исключения выхода парогазовых продуктов из реактора 6 в окружающую среду и обеспечения вращения шнеков 10 в каждой секции реактора установлены высокотемпературные уплотнения 36.
Парогазовые продукты, образовавшиеся в результате термолиза резиновых отходов, контактируют с поверхностью труб нагрева, имеющей высокую температуру, в результате чего протекает термическое разложение высокомолекулярных углеводородов с образованием углеводородов меньшей массы и сажи, которая в виде слоя отлагается на поверхности труб нагрева. В нашем случае образуется 25 масс.% сажи от количества паров углеводородов, т.е. 625 кг/ч х 0,25 = 169 кг/ч. Этот слой сажи необходимо непрерывно снимать с поверхности труб нагрева, чтобы поддерживать передачу тепла от труб нагрева в реактор к отходам. Слой сажи на поверхности создает тепловое сопротивление и поток тепла через этот слой снижается, в результате в реактор поступает меньшее количество тепловой энергии, а сами трубы нагрева из-за низкого теплоотвода перегреваются до высокой температуры и в результате прогорают, что приводит к аварийной ситуации (разрушению реактора).
Сажу с поверхности труб нагрева снимают с помощью скребков 37, которые при вращении шнека 10 скользят по боковой поверхности труб нагрева 18 и срезают слой сажи. Срезанная сажа под действием собственного веса в количестве 169 кг/ч падает в слой резиновых отходов, перемещаемых с помощью шнеков 10.
Поскольку данная сажа образовалась путем термического разложения паров углеводородов, то она практически не содержит золы, а твердый углеродный остаток термолиза резиновых отходов содержит 12 масс.% золы (неорганических включений в виде оксидов цинка, железа, кремния, кальция и др.). Поэтому при смешивании 169 кг сажи без золы и 825 кг - 100 кг = 725 кг твердого углеродистого остатка позволяет получить твердый углеродный остаток со следующим содержанием золы:
А = (Мг.о-х о + Мс*Сс) I М0 + Мс) = (725кг*0,12 + 169кгх0,0) / {125кг + 169кг) = 0,097, или 9,7 масс. %, ( 6 )
где А - содержание золы;
Мт.о. - масса твердого остатка, 725 кг;
Со - содержание золы в твердом остатке, 0,12;
Мс - масса сажи, 169 кг;
Сс - содержание золы в саже, 0,0.
Принято, что твердые продукты содержат 100 кг металлического корда.
Таким образом, содержание золы в твердых продуктах разложения резиновых отходов снижается с 12 масс.% до 9,7 масс.% и поэтому качество данных продуктов улучшается.
В результате термического разложения высокомолекулярных углеводородов в парогазовой смеси повышается содержание ценных низкомолекулярных углеводородов, а также снижается содержание смолистых соединений. Одновременно водяной пар реагирует с углеродом с образованием водорода, оксида и диоксида углерода.
Н20 + С = Н2 + СО (7)
Из (7) следует, что в результате реагирования водяного пара с углеродом на каждые 18 кг водяного пара расходуется 12 кг углерода.
В нашем случае расходуется 24 кг углерода и 36 кг водяного пара с образованием 4 кг водорода и 56 кг оксида углерода.
Поступление водорода в реактор 6 приводит к гидрированию непредельных углеводородов, содержащихся в парогазовой смеси, в результате чего образуются ценные предельные углеводороды, т.е. качество продуктов термолиза резиновых отходов повышается.
Парогазовые продукты из каждой секции реактора через перфорированные трубы 38 с помощью крана 39 с расходом 625 кг/ч - 169 кг/ч = 456 кг/ч (где 169 кг/ч количество образовавшейся сажи) выводят из реактора 6 в фильтр 25.
В результате перемещения отходов по реактору под действием шнеков происходит измельчение твердого углеродистого остатка с образованием мелкодисперсной углеродной пыли, которая выходит в реактор. Вывод парогазовой смеси из реактора без очистки парогазовой смеси от пыли приводит к выносу углеродной пыли в трубопроводы и систему конденсации, в результате чего трубопроводы и система конденсации забиваются углеродной пылью. Снижается проходное сечение трубопроводов и повышается давление в реакторе. Забивание углеродной пылью системы конденсации приводит к снижению теплопередачи (слой пыли на поверхности системы конденсации играет роль теплового изолятора) и выходу системы из строя.
Подача парогазовой смеси в фильтр-циклон 25 позволяет снизить вынос углеродной пыли из реактора. Это происходит потому, что парогазовая смесь проходит через фильтрующий элемент 26 в виде мешка из термостойкой углеродной ткани, снабженной встряхивающим устройством. Частицы пыли осаждаются на поверхности фильтрующего элемента и с помощью встряхивающего устройства 40 сбрасываются в нижнюю часть фильтра-циклона 25, откуда выгружаются в накопитель 41. Этот углерод представляет собой ценный продукт, по своим показателям близкий к техническому углероду с низким содержанием золы.
В нашем случае количество уносимой из реактора углеродной пыли составляет 5 масс.% от количества образующегося твердого остатка, т.е. 725 кг/ч х 0,04 = 29 кг/ч. Эта углеродная пыль улавливается фильтром и с расходом 29 кг/ч выводится в накопитель 41.
Поток парогазовой смеси, прошедший через фильтр-циклон 25, с помощью компрессора 42 с расходом 456 кг/ч + 4 кг/ ч = 460 кг/ч подают в конденсатор 43, в котором в результате теплообмена с охлаждающей водой, прокачиваемой через кожух конденсатора от градирни 44, охлаждают до температуры конденсации водяного пара Т=100°С, что контролируют по показаниям датчика температуры 45. Приращение количества парогазовой смеси на 4 кг/ч обусловлено реагированием водорода (Н2) с углеводородами в процессе гидрирования.
В результате охлаждения парогазовых продуктов конденсируется водяной пар в количестве 150 кг/ч - 36 кг/ч = 114 кг/ч потому, что 36 кг/ч водяного пара было израсходовано на реагирование с углеродом с образованием газов (водорода и оксида углерода). Часть паров углеводородов в количестве 360 кг/ч конденсируется с образованием конденсата, в результате образуется смесь воды и жидких углеводородов в количестве 114 кг/ч + 360 кг/ч = 474 кг/ч. Этот конденсат из конденсатора 43 с расходом 474 кг/ч подают в сепаратор 46 и разделяют на воду и жидкие углеводороды. Воду из сепаратора 46 с расходом 114 кг/ч подают в накопитель 47, из которого через фильтр 48 и кран 49 воду возвращают в испаритель 15 для получения рабочего водяного пара.
Жидкие углеводороды из сепаратора 46 с расходом 360 кг/ч подают в накопитель 50, из которого в количестве 42 кг/ч жидких углеводородов через кран 51 подают в цилиндрические топки 14 (по 30 кг/ч в каждую топку) и сжигают, а энергию используют для получения рабочего водяного пара и нагрева реактора 6.
Твердый углеродный остаток через выход 52 с помощью ротационного дозатора- охладителя 53 с расходом 825 кг/ч + 169 кг/ч - 24 кг/ч - 29 кг/ч - 941 кг/ч выводят из реактора 6 и подают в магнитный сепаратор 54. При этом 169 кг/ч составляет количество образовавшейся сажи из паров углеводородов, 24 кг/ч углерода расходовано в результате реагирования водяного пара с углеродом и 29 кг/ч углеродной пыли вынесено из реактора в фильтр-циклон 25.
В магнитном сепараторе 54 отделяют магнитные включения (частицы металлического корда) в количестве 100 кг/ч, которые выгружают в накопитель 55.
Из магнитного сепаратора 54 очищенный от металлических включений твердый углеродный остаток с расходом 941 кг/ч - 100 кг/ч = 841 кг/ч подают в электростатический сепаратор 56, в котором отделяют часть золы (неорганические включения: оксиды цинка, кремния, железа, кальция и др.) в количестве 5 масс.%, т.е. 841 кг/ч х 0, 05 = 42 кг/ч.
Поток очищенного от золы твердого углеродного остатка из электростатического сепаратора 56 с расходом 841 кг/ч - 42 кг/ч = 799 кг/ч выводят в накопитель 57, а неорганические включения в количестве 42 кг/ч выводят в накопитель 58. Данные неорганические включения содержат большое количество оксида цинка (в зависимости от вида резиновых отходов от 20 до 40 масс.%) и поэтому представляют собой высококачественное сырье для получения оксида цинка. Содержание оксида цинка в данных включениях в несколько раз превышает содержание его в концентратах для получения оксида цинка.
Таким образом, содержание золы в твердом углеродном остатке снижается до величины 9,7 масс.% - 5,0 масс.% = 4,7 масс.%, что приводит к улучшению качества твердых продуктов, в сравнении с твердыми продуктами пиролиза резиновых отходов по известным технологиям, где содержание золы составляет 12- 14 масс.%.
Неконденсирующиеся пары углеводородов из конденсатора 43 через кран 59 с расходом 100 кг/ч + 56 кг/ч = 156 кг/ч подают в трубы нагрева 18 (по 78 кг/ч в каждую трубу нагрева), а через шиберы 34, установленные на каждой трубе нагрева одновременно с подачей неконденсирующихся газов подают воздух от калорифера 28 из расчета 10 кг воздуха на 1кг неконденсирующихся паров, т.е. воздух подают с расходом 1560 кг/ч (по 780 кг/ч в каждую трубу нагрева), регулируя его количество степенью открытия шибера. Воздух в трубы нагрева подают через шиберы 34 с помощью вентилятора 30. При этом 56 кг/ч составляет оксид углерода (СО), который образовался при реагировании водяного пара с углеродом, а весь водород расходовался на процесс гидрирования.
В результате смешивания воздуха и неконденсирующихся паров углеводородов образуется горючая смесь, которая воспламеняется под действием пламени горелок и сгорает. Сжигание неконденсирующихся паров углеводородов в количестве 156 кг/ч эквивалентно сжиганию 78 кг/ч жидкого топлива с удельной теплотой сгорания 40 000 кДж/ позволяет получить дополнительную энергию для нагрева реактора и снизить расход топлива, подаваемого в горелки, с 120 кг/ч до 42 кг/ч. Это позволяет повысить энергетическую эффективность процесса переработки и предотвратить выброс неконденсирующихся газов в окружающую среду.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Заявленное устройство для переработки резиновых отходов отличается от известных улучшенными показателями по энергетическим затратам, выбросам в окружающую среду и качеству получаемых продуктов.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Устройство для переработки резиновых отходов, содержащее реактор, снабженный шнеком и размещенный в камере обогрева, узел термического разложения, горелки, конденсатор, фильтр-циклон, устройства для выгрузки твердого остатка и отвода парогазовой смеси, отличающееся тем, что реактор выполнен в виде двух одинаковых секций, размещенных в горизонтальной плоскости и соединенных параллельно по боковой поверхности, а узел термического разложения выполнен в виде шнеков с установленными по оси каждого трубами нагрева и размещенных в каждой секции реактора, по всей длине каждого шнека, параллельно по углам равностороннего треугольника в соприкосновении и перпендикулярно к боковой поверхности трубы нагрева установлены пластины, а внутри каждой трубы нагрева установлен трубчатый змеевик, к одному торцу каждой трубы непосредственно подключена цилиндрическая топка, которая снабжена испарителем и горелкой, установленной в торце топки по касательной к боковой поверхности топки и перпендикулярно к ее оси, выход конденсатора подключен к сепаратору жидкой фракции на углеводороды и воду, а каждый трубчатый змеевик своим входом подключен к выходу испарителя, вход испарителя подключен к выходу воды из сепаратора, а выход каждого змеевика соединен с реактором, другой торец каждой трубы нагрева подключен к входу камеры обогрева, устройство отвода парогазовой смеси выполнено в виде двух перфорированных труб с заглушённым входом, размещенных в верхней части реактора по одной в каждом его элементе, фильтр-циклон снабжен рубашкой обогрева, вход которой подключен к выходу камеры обогрева, а выход рубашки обогрева подключен к входу калорифера, выход калорифера подключен к дымовой трубе, вход камеры нагрева калорифера подключен к атмосфере, а выход камеры нагрева калорифера подключен к трубе нагрева, выходы перфорированных труб подключены к входу фильтра-циклона, с фильтрующим элементом в виде мешка из термостойкой углеродной ткани, снабженной встряхивающим устройством, а выход фильтра-циклона подключен к входу конденсатора, выход конденсатора по газу подключен к трубам нагрева, устройство для выгрузки твердого остатка подключено к входу магнитного сепаратора, который своим выходом подключен к электростатическому сепаратору.
PCT/RU2017/000832 2016-11-28 2017-11-07 Устройство для переработки резиновых отходов WO2018097757A1 (ru)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17874196.3A EP3546546B1 (de) 2016-11-28 2017-11-07 Vorrichtung zur verarbeitung von altgummi
US16/412,610 US10428277B2 (en) 2016-11-28 2019-05-15 Device for processing scrap rubber

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016146652A RU2632293C1 (ru) 2016-11-28 2016-11-28 Устройство для переработки резиновых отходов
RU2016146652 2016-11-28

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US16/412,610 Continuation US10428277B2 (en) 2016-11-28 2019-05-15 Device for processing scrap rubber

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018097757A1 true WO2018097757A1 (ru) 2018-05-31

Family

ID=60040948

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2017/000832 WO2018097757A1 (ru) 2016-11-28 2017-11-07 Устройство для переработки резиновых отходов

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10428277B2 (ru)
EP (1) EP3546546B1 (ru)
RU (1) RU2632293C1 (ru)
WO (1) WO2018097757A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11407945B2 (en) 2019-10-24 2022-08-09 Katsumi Shibata Heat treatment apparatus

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112092233B (zh) * 2020-09-03 2022-05-27 河北星源密封件集团有限公司 一种用于再生橡胶加工的开炼机
EP4249572A1 (en) * 2022-03-25 2023-09-27 Achileas Poulios Plastic waste thermolysis reactor
WO2023232301A1 (en) 2022-05-31 2023-12-07 Achileas Poulios Plastic waste thermolysis reactor

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5057189A (en) * 1984-10-12 1991-10-15 Fred Apffel Recovery apparatus
RU2245247C2 (ru) * 2002-10-16 2005-01-27 Государственное научное учреждение "Институт тепло- и массообмена им. А.В.Лыкова" Национальной Академии наук Беларуси Способ переработки резиновых отходов
EP1201389B1 (en) * 1999-06-08 2009-07-29 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Method of reclaiming crosslinked rubber
RU2459843C1 (ru) * 2010-12-15 2012-08-27 Андрей Николаевич Ульянов Способ переработки отходов термопластов и установка для его реализации
US20160045841A1 (en) * 2013-03-15 2016-02-18 Transtar Group, Ltd. New and improved system for processing various chemicals and materials

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3653111B2 (ja) * 1994-12-27 2005-05-25 健 黒木 廃棄プラスチックの連続油化方法及び連続油化装置
RU2460743C2 (ru) 2010-05-21 2012-09-10 Кирилл Зыськович Бочавер Процесс и установка по переработке резиносодержащих отходов
RU2441053C2 (ru) 2010-12-30 2012-01-27 Александр Иванович Голодяев Пиролизная печь

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5057189A (en) * 1984-10-12 1991-10-15 Fred Apffel Recovery apparatus
EP1201389B1 (en) * 1999-06-08 2009-07-29 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Method of reclaiming crosslinked rubber
RU2245247C2 (ru) * 2002-10-16 2005-01-27 Государственное научное учреждение "Институт тепло- и массообмена им. А.В.Лыкова" Национальной Академии наук Беларуси Способ переработки резиновых отходов
RU2459843C1 (ru) * 2010-12-15 2012-08-27 Андрей Николаевич Ульянов Способ переработки отходов термопластов и установка для его реализации
US20160045841A1 (en) * 2013-03-15 2016-02-18 Transtar Group, Ltd. New and improved system for processing various chemicals and materials

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
W.P. ISSATSCHENKOW.A. OSSIPOWAA.S. SUKOMEL: "Teploperedatscha (Wärmeübertragung): Ein Lehrbuch für Hochschulen", 1981, pages: 406

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11407945B2 (en) 2019-10-24 2022-08-09 Katsumi Shibata Heat treatment apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
EP3546546B1 (de) 2020-08-12
US20190264109A1 (en) 2019-08-29
EP3546546A4 (de) 2019-11-20
US10428277B2 (en) 2019-10-01
RU2632293C1 (ru) 2017-10-03
EP3546546A1 (de) 2019-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9052109B1 (en) Pyrolytic gas processor and tire conversion system therefrom
WO2018097757A1 (ru) Устройство для переработки резиновых отходов
EP0764196B1 (en) Improved pyrolytic conversion of organic feedstock and waste
US5662052A (en) Method and system including a double rotary kiln pyrolysis or gasification of waste material
RU2494128C2 (ru) Устройство для получения сажи из резиновых отходов
CN209974571U (zh) 含油污泥热解处理系统
CN104815842A (zh) 一种撬装式土壤热分离设备
HU218755B (hu) Eljárás és berendezés fűtőértékkel rendelkező hulladékanyag feldolgozására
KR100319180B1 (ko) 오염된토양내부의유독성폐기물또는오염물들을처리하기위한방법및장치
RU2666559C1 (ru) Установка для термической переработки отходов
RU2632837C1 (ru) Устройство для переработки резиновых отходов
RU2543619C1 (ru) Устройство для переработки резиновых отходов
JP4937363B2 (ja) 燃焼装置
CN110546240A (zh) 用于处理煤和生活垃圾的装置
RU2477819C2 (ru) Роторная печь для пиролиза твердых бытовых отходов
CN106766682A (zh) 一种基于辐射回转干燥的废盐干燥焚烧净化装置
WO2016036278A2 (ru) Устройство для переработки нефтяных отходов
RU2627784C1 (ru) Устройство для переработки нефтяных отходов
WO2012167185A2 (en) Pyrolysis-based apparatus and methods
RU2721695C1 (ru) Способ переработки органического сырья с получением синтетического топливного газа в установке высокотемпературного абляционного пиролиза гравитационного типа
JP4440519B2 (ja) 固形供給物の熱変換から得られるガスから可燃性ガスを製造する方法およびプラント
RU2688990C1 (ru) Способ утилизации твердых углеводородных отходов (в том числе медицинских и биологических) и установка для его осуществления
CN206563460U (zh) 一种基于辐射回转干燥的废盐干燥焚烧净化装置
SU917493A1 (ru) Установка дл термического обезвреживани нефтешламов
RU2247025C1 (ru) Устройство для переработки резиновых отходов

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: 17874196

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2017874196

Country of ref document: EP