WO2018174753A2 - Способ переработки резиносодержащих отходов - Google Patents

Способ переработки резиносодержащих отходов Download PDF

Info

Publication number
WO2018174753A2
WO2018174753A2 PCT/RU2018/000310 RU2018000310W WO2018174753A2 WO 2018174753 A2 WO2018174753 A2 WO 2018174753A2 RU 2018000310 W RU2018000310 W RU 2018000310W WO 2018174753 A2 WO2018174753 A2 WO 2018174753A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
waste
mixture
water
vapor
water vapor
Prior art date
Application number
PCT/RU2018/000310
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2018174753A3 (ru
Inventor
Сергей Павлович СУСЕКОВ
Алексей Сергеевич ГРАДОВ
Евгений Сергеевич СУСЕКОВ
Original Assignee
Сергей Павлович СУСЕКОВ
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 Сергей Павлович СУСЕКОВ filed Critical Сергей Павлович СУСЕКОВ
Priority to ES18772099T priority Critical patent/ES2951632T3/es
Priority to EP18772099.0A priority patent/EP3604415B1/de
Publication of WO2018174753A2 publication Critical patent/WO2018174753A2/ru
Publication of WO2018174753A3 publication Critical patent/WO2018174753A3/ru
Priority to US16/547,094 priority patent/US10703983B2/en

Links

Classifications

    • 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
    • B29B17/04—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
    • 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
    • C08J11/14—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 steam or water
    • 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
    • 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
    • C10G5/00—Recovery of liquid hydrocarbon mixtures from gases, e.g. natural gas
    • C10G5/06—Recovery of liquid hydrocarbon mixtures from gases, e.g. natural gas by cooling or compressing
    • 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
    • B29B2017/001—Pretreating the materials before recovery
    • 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
    • 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
    • C10B1/00—Retorts
    • C10B1/02—Stationary retorts
    • C10B1/06—Horizontal retorts
    • 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
    • C10B57/04—Other carbonising or coking processes; Features of destructive distillation processes in general using charges of special composition
    • C10B57/045—Other carbonising or coking processes; Features of destructive distillation processes in general using charges of special composition containing mineral oils, bitumen, tar or the like or mixtures thereof

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 method includes thermal decomposition of rubber waste in a working environment consisting of 98 to 85 mass. % superheated to 300 - 1600 ° C water vapor and 2 to 15 mass. % of gas obtained after separation of oil from gaseous decomposition products.
  • a working environment consisting of 98 to 85 mass. % superheated to 300 - 1600 ° C water vapor and 2 to 15 mass. % of gas obtained after separation of oil from gaseous decomposition products.
  • 3 to 40 mass. % of oil by passing gaseous decomposition products and the working medium through the waste layer at their mass ratio (0.05 - 1.62): 1, and solid decomposition products are mixed with 4 - 40 vol. % of oil and pressed into briquettes with simultaneous heating to 100 - 500 ° C by filtering the gas obtained after separation of oil from gaseous decomposition products.
  • waste processing is carried out by thermal decomposition in the furnace, separating decomposition products into solid and gaseous, injecting the liquid phase from the gaseous products and removing the latter for combustion to maintain the decomposition process.
  • the waste prior to thermal decomposition, the waste is mixed with 5-15 wt.% Water, and then mixed again with water by spraying it in an oven in an amount of 50-150% of the waste mass, and solid decomposition products are irrigated with water in an amount of 10- 20% by weight of rubber waste.
  • condensate is used as water, which is obtained by separation from the liquid phase.
  • the processing of rubber waste is carried out by thermolysis of rubber crumb at 350 - 400 ° C in an environment of circulating superheated and vaporized gasoline at a pressure close to atmospheric.
  • the crumb rubber decomposes into carbon black, synthetic oil and hydrocarbon gas.
  • the resulting carbon black with adsorbed oils is purged with air, while the textile cord is completely burned, part of the oil burns out, and part is carried out with flue gases.
  • a method for processing rubber-containing or mixtures of rubber-containing and polymeric wastes includes a stage of their preliminary preparation, a stage of thermal decomposition in a furnace with separation of decomposition products into a gas-vapor mixture and a solid residue, a stage of injecting the liquid phase from the gas-vapor mixture with the formation of a hydrocarbon-containing gas, and a stage of introducing the carbon-containing product from the solid residue .
  • the stage of thermal decomposition in the furnace is carried out in the first cycle - in the environment of natural gas heated to 400 - 500 ° C, and in subsequent cycles in the environment of a hydrocarbon-containing gas heated to 400 - 500 ° C, dividing the liquid phase from vapor-gas mixture is carried out in three stages, with the first stage gas-vapor mixture is cooled to 300 - 360 ° C with subsequent isolation of the heavy hydrocarbon fraction in the second stage steam-gas mixture is cooled to a temperature not higher than 220 ° C with subsequent isolation hydrocarbon fraction and recirculation of a portion of it to the preliminary stage of waste preparation for use as a hydrocarbon solvent, and in the third stage, the stage of thermal decomposition in the furnace is carried out in the first cycle - in the environment of natural gas heated to 400 - 500 ° C, and in subsequent cycles in the environment of a hydrocarbon-containing gas heated to 400 - 500 ° C, dividing the liquid phase from vapor-gas mixture is carried out in three stages, with the first stage gas-vapor mixture
  • the objective of the proposed invention is to reduce energy costs for the processing process, reducing harmful emissions in environment and improving the quality of rubber products being taught.
  • the problem is solved in that in a method for processing rubber-containing wastes, including their preliminary preparation, thermal decomposition in a furnace, separation of decomposition products into a gas-vapor mixture and a solid residue, separation of a heavy hydrocarbon fraction from a gas-vapor mixture, according to the invention, preliminary preparation of the waste is carried out by blowing them water vapor, and thermal decomposition is carried out in the medium of the atomized heavy hydrocarbon fraction and superheated water vapor at their mass ratio (0.1 - 0, 5): 1, the separation of the heavy hydrocarbon fraction from the vapor-gas mixture is carried out by water by spraying it into the mixture stream in an amount of 5-15% of the mass flow rate of the mixture, and metal is isolated from the solid residue by magnetic separation, after which zinc oxide containing zinc is isolated by dielectric separation product.
  • Blowing waste water allows you to remove air from the waste, the supply of which with waste into the furnace can lead to ignition of the waste, or an explosion when air is mixed with thermal decomposition gases heated in the furnace. Moreover, due to the condensation of part of the water vapor on the cold surface of the waste during the purging process, the heating of the waste is substantially intensified. This is due to the fact that during the condensation of water vapor, a high intensity of heat transfer is achieved. It is known (see the Handbook of heat exchangers: In 2 vols. T.1 / Transl. From English, edited by B. S. Petukhov, V. K. Shikov. - M.: Energoatomizdat, 1987, p. 77.
  • preliminary steam blowdown of waste prior to feeding into the furnace provides a high heating rate of up to 100 ° C (approximately 10–25 times faster heating than when purging with a gaseous coolant without condensation), resulting in a decrease in heat losses associated with the heating of waste, which means lower energy costs for the processing of rubber waste.
  • pre-purging waste water with steam compared with purging with natural gas or gaseous hydrocarbons provides the effect of not only displacing the air from the waste, but also a high-intensity heating of the waste before feeding it into the thermal decomposition furnace, resulting in the effect of reducing energy costs for the process rubber waste recycling.
  • the thermal decomposition of rubber waste in the furnace in the medium of a pulverized heavy hydrocarbon fraction and superheated water vapor at a mass ratio of (0.01 - 0.5): 1 ensures a high heating rate of the waste, as well as reducing the formation of harmful compounds during thermal decomposition due to the presence of water vapor, which inhibits the formation of persistent organic pollutants.
  • thermo decomposition in the medium of the atomized heavy hydrocarbon fraction and superheated water vapor with their mass ratio (0, 1 - 0.5): 1 that provides high intensity of heat transfer to rubber waste, low consumption of the heavy fraction and, as a result, to reduce energy costs for the processing process by reducing heat loss during thermal decomposition of waste as a result of a decrease in the residence time of the waste in the furnace.
  • the supply of water droplets to the vapor-gas mixture stream at the outlet of the furnace leads to a sharp cooling of the mixture and condensation of a part of the hydrocarbons in the form of drops of a heavy liquid fraction, as well as to the deposition of carbon dust entrained from the furnace on the droplets of liquid hydrocarbons formed.
  • Spraying water into the steam-gas mixture stream in an amount of more than 15% of the mass flow rate of the mixture leads to a sharp cooling of the mixture, as a result of which not only the heavy fraction but also light hydrocarbons condense to form a large amount of liquid containing water and liquid hydrocarbons.
  • complete evaporation of water does not occur, as a result of which the liquid hydrocarbons released contain a large amount of water, and therefore there is a need for additional separation processes of the resulting liquid.
  • the quality of the obtained liquid products also decreases due to the increased water content.
  • spraying water into the steam-gas mixture stream in an amount of 5-15% of the mass flow rate of the mixture leads to complete evaporation of water with the formation of water vapor and ensures the creation of fog from small drops of a heavy fraction, which absorbs carbon dust from the gas-vapor mixture.
  • the separation of the heavy hydrocarbon fraction from the gas-vapor mixture improves the quality indicators of the residual hydrocarbons of the gas-vapor mixture as a result of the fact that sulfur compounds are released with the heavy fraction and carbon dust is extracted.
  • water is used for atomization, which is separated from liquid products formed after cooling the vapor-gas mixture and condensation of hydrocarbons.
  • the solid residue of the thermal decomposition of rubber waste contains carbon black, metal cord and various metal oxides that were introduced into the rubber mixture at the manufacturing stage rubber products. Therefore, without pre-treatment, the solid residue cannot be used not only for the production of new rubber products, but even as a solid fuel, as it contains a large amount (up to 15 wt.%) Of various oxides, including heavy metal oxides. Since the solid residue contains a large amount (at least 5 wt.% - depending on the type of waste) of zinc oxide, and metal cord may also be contained (for example, when processing used tires), it is necessary to subject the solid residue to treatment to isolate the metal and a product containing valuable material - zinc oxide.
  • the drawing shows a diagram of the installation, which implements a method for processing rubber waste.
  • the installation contains a drive 1 connected to the bunker 2; valves 3 and 4 for loading crushed rubber waste 5; a hopper 6 connected to the steam generator 7 by means of a pump 8; temperature sensor 9; a burner 10 connected to the tank 11 by means of a valve 12; heating jacket 13, exhaust fan 14; chimney 15; oven 16; an engine 17 connected to the screw 18; discharge channel 19; a tank 20 connected to an adjustable pump 21 with a flow meter 22; a nozzle 23 connected to an adjustable pump 24 with a flow meter 25; temperature sensor 26; crane 27 with a flow meter 28; scrubber 29; a sump 30, connected by means of a pump 31 and a flow meter 32 to the nozzle 33; temperature sensor 34; a condenser 35 connected to the cooling tower 36, a temperature sensor 37; a crane 38 connected to the tank 39; a flow meter 40 connected to the filter 41; adjustable pump 42; an adjustable pump 43 connected to the flow meter 44; gateway feeder 45 connected to a cooler 46 with a cooling jacket 47; an engine 48
  • the processing of rubber waste is as follows.
  • a heavy hydrocarbon fraction is fed to the nozzle 23.
  • the mass ratio of the heavy fraction and water vapor supplied to the nozzle 23 is established in the range (0.1 - 0.5): 1.
  • the heavy hydrocarbon fraction is sprayed with a droplet size of 0.1-0.5 mm, as a result of which a two-phase medium (water vapor and drops of the heavy hydrocarbon fraction) is formed in the furnace 16, into which the feed from the hopper falls 6 rubber waste.
  • the resulting two-phase medium by convection transfers heat from the heating jacket 13 to the surface of the rubber waste.
  • This medium due to the presence of droplets of a heavy fraction, has a density greater than the density of water vapor. This is due to the fact that the density of the heavy hydrocarbon fraction is 950 - 1000 kg / m 3 and the density of water vapor in the furnace does not exceed 1 kg / m Since a two-phase medium has a higher density than pure water vapor, this medium transfers heat with a higher intensity, as a result of which the heating time of the waste is reduced.
  • the supply of water vapor and atomized heavy hydrocarbon fraction to the waste loading zone provides a high temperature difference between water vapor and drops of a heavy fraction (temperature of about 300 ° C and cold waste with a temperature of about 30 - 40 ° C. And this (high temperature difference) provides high heat fluxes to wastes by convective transfer of heat energy, as a result of which heating of wastes is accelerated and their processing time is reduced.
  • the rubber waste transported by the screw 18 is heated both by heat exchange with the jacket 13 itself, through which the combustion products flow, and by convective heat exchange with a heavy hydrocarbon fraction sprayed in water vapor.
  • drops of the heated heavy hydrocarbon fraction, deposited on the surface of rubber waste intensively heat the waste, and also dissolve the surface layer of the waste. All this leads to an acceleration of the thermal decomposition of rubber, i.e. reduction of waste processing time and, as a result, reduction of energy costs for the processing process.
  • 500 ° C begins the thermolysis of rubber waste with the release of gaseous products and solid residue.
  • the temperature in the furnace 16 is controlled by the readings of the temperature sensor 26 and controlled by changing the amount of fuel burned in the burner 10.
  • the gaseous waste decomposition products are mixed with water vapor and the expanded heavy hydrocarbon fraction, as a result of which a two-phase mixture is formed in the furnace 16, and the pressure in the reactor rises above atmospheric.
  • the flow rate of the vapor-gas mixture is regulated by a tap 27, and the flow rate of the water is regulated by the pump 31, and thus the amount of water sprayed by the nozzle 33 into the flow of the vapor-gas mixture is set within 5-15% of the mass flow rate of the mixture.
  • the vapor-gas mixture purified from the heavy hydrocarbon fraction and carbon dust is discharged from the scrubber 29 to a condenser 35, in which this mixture is cooled by pumping water from a cooling tower 36 through a casing of the condenser.
  • the temperature in the condenser is controlled by the temperature sensor 37.
  • part of the vapor-gas mixture condenses to form condensate containing water and liquid hydrocarbons, and part does not condense.
  • the condensate from the condenser 35 is drained into the sump 30, in which the separation of water and liquid hydrocarbons occurs. Since water has a higher density, it collected in the lower part of the sump 30, and liquid hydrocarbons are collected in the upper part of the sump. Liquid hydrocarbons from the sump 30 through the valve 38 are discharged into the storage tank 39. From the sump 30, a portion of the water equal to the flow rate of water vapor is supplied to the filter 41 through the flow meter 40.
  • Organic compounds are purified from the water 41 in the filter 41 and then fed to the steam generator 7 for the production of water vapor.
  • the circulation of water in a closed cycle helps prevent its emissions into the environment, which improves the environmental performance of the waste recycling process, i.e. emissions of harmful substances into the environment are reduced.
  • Non-condensable hydrocarbons from the condenser 35 are supplied to the burner 10 by means of an adjustable pump 42 and burned. This reduces the consumption of fuel supplied to the burner 10 from the tank 11. The combustion of non-condensable hydrocarbons prevents their release into the environment, as well as reduce the consumption of additional fuel for the processing of rubber waste.
  • Liquid hydrocarbons from the storage tank 39 using an adjustable pump 43 through a flow meter 44 with a given flow rate are fed into the burner 10 and burned. This stops the flow of fuel from the tank 11.
  • liquid hydrocarbons produced during the processing of waste as fuel allows eliminating the consumption of additional fuel.
  • the solid residue from the furnace 16 is discharged through the discharge channel 19 to the cooler 46 through the gate feeder 45. Cooling water is pumped from the cooler 36 through the jacket 47 of the cooler 46. Turn on the engine 48 and rotate the screw 49, which moves the solid residue from loading to unloading. When moving along the cooler, the solid carbon residue is cooled to a temperature not exceeding 100 ° C, which is controlled by the temperature sensor 50.
  • the cooled residue from the cooler 46 is discharged into a magnetic separator 51, in which metal is separated from the solid residue. From the magnetic separator, the metal is discharged into the accumulator 52, and the solid residue purified from the metal is fed to the dielectric separator 53, in which non-conductive materials (oxides), including zinc oxide, are isolated from the solid residue.
  • the purified solid residue from the dielectric separator 53 is discharged into the accumulator 55.
  • the carbon content in the solid residue increases and therefore, the solid residue thus treated is an analogue of carbon black.
  • high-quality carbon black and high-grade raw materials for the production of zinc oxide are obtained.
  • From the drive 1 to the hopper 2 with the closed gates 3 and 4 serves crushed rubber waste 5 in the form of chips with a size of 50 mm x 30 mm x 50 mm, having a bulk density of 500 kg / m 3 .
  • the number of chips in the hopper will be 500 kg.
  • the shutter 3 After filling the hopper 2, the shutter 3 is opened and the waste from the hopper 1 wakes down into the hopper 6 and is delayed by the shutter 4. After that, the shutter 3 is closed.
  • steam generator 7, using steam 8 with an adjustable flow rate steam is supplied to the hopper 6 with a flow rate of 600 kg / h and at a temperature of 110 ° C.
  • Water vapor from the layer of chips in the hopper 6 displaces the air, which with a stream of steam enters the burner 10.
  • Cp is the specific heat of the combustion products, 1, 2 kJ / kg C;
  • T p - temperature of the combustion products after the steam generator 120 ° C. Therefore, in this case, 624 kW of thermal power is not used, which is enough to produce 600 kg / h of water vapor used in the processing process.
  • the shutter 4 is opened and the waste from the hopper 6 under the influence of its own weight in the amount of 500 kg goes into the furnace 16. After this shutter 4 is closed. Simultaneously with the opening of the shutter 4 by means of the motor 17, the screw 18 is rotated at a speed of 2 rpm. The wastes discharged into the furnace 16 hang on the screw 18 in the form of a layer, and when the screw rotates, these wastes are gradually selected from the layer by the auger 18, which transfers the waste from the charge to the discharge channel 19 with a flow rate of 1000 kg / h.
  • 500 kg of rubber-containing waste screw 18 will be selected from the layer and moved within 30 minutes. During this time, a new portion of waste in the amount of 500 kg is loaded from the accumulator 1 into the hopper 2 and blown with steam. Therefore, to ensure a productivity of 1000 kg / h, it is necessary to load and blow 2 portions of waste within an hour.
  • a heavy hydrocarbon fraction is fed to the nozzle 23.
  • the resulting two-phase medium by convection transfers heat from the heating jacket 13 to the surface of the rubber waste.
  • This medium due to the presence of droplets of a heavy fraction, has a density greater than the density of water vapor. This is due to the fact that the density of the heavy hydrocarbon fraction is 950 kg / m, and the density of water vapor in our case is 0.6 kg / m. In our case, when 300 kg of water vapor is sprayed with 30 kg of a heavy hydrocarbon fraction, the density of the resulting two-phase mixture will be as follows:
  • Mn is the mass of water vapor, 300 kg
  • the heat transfer process by such a two-phase medium is intensified in comparison with heat transfer by pure water vapor due to both higher density and higher heat transfer coefficients of the two-phase medium with rubber waste.
  • the increase in heat transfer coefficients, and, consequently, the intensity of heat transfer is due to the fact that drops of a liquid fraction are present in a two-phase medium.
  • the supply of water vapor and atomized heavy hydrocarbon fraction to the waste loading zone provides a high temperature difference between water vapor with drops of the heavy fraction (temperature not lower than 110 ° C) and cold waste with a temperature of about 30 - 40 ° C. And this (high temperature difference) provides high heat fluxes, as a result of which the heating of the waste is accelerated and the time of its processing is reduced.
  • the rubber waste transported by means of screw 18 with a flow rate of 1000 kg / h is heated by heat exchange, both with the jacket 13 itself, and by heat exchange with a heavy hydrocarbon fraction sprayed in water vapor.
  • drops of the heated heavy hydrocarbon fraction, deposited on the surface of rubber wastes not only heat them intensively, but also dissolve the surface layer of the wastes. All this leads to an acceleration of the thermal decomposition of rubber, i.e. reduction of waste processing time and, as a result, reduction of energy costs for the processing process.
  • thermolysis of rubber waste proceeds with the release of gaseous products and solid carbon residue.
  • the temperature in the furnace 16 is controlled by the readings of the temperature sensor 26 and controlled by changing the amount of fuel burned in the burner 10.
  • Gaseous waste decomposition products are mixed with water vapor and atomized heavy hydrocarbon fraction, resulting in furnace 16, a two-phase mixture is formed, and the pressure in the reactor rises above atmospheric.
  • the thermal decomposition of the heavy hydrocarbon fraction atomized in the reactor produces valuable hydrocarbons with a lower molecular weight, as well as soot with a low content of metal oxides (ash), since the initial heavy hydrocarbon fraction had a low content of metal oxides.
  • Such adjustment flow rate that is, the amount of vapor-gas mixture discharged from the reactor, is necessary to maintain the pressure in the reactor above atmospheric in order to exclude the possibility of suction of air into the reactor and the formation of an explosive mixture in the reactor.
  • the resulting droplets are deposited in a scrubber with the formation of a mixture of SO / h kg of liquid phrase and 10 kg / h of soot.
  • the resulting mixture with a flow rate of 40 kg / h from the scrubber 29 is withdrawn into the container 20.
  • Atomized water in the amount of 36 kg / h completely evaporates with the formation of water vapor.
  • the cooling temperature of the vapor-gas mixture in the scrubber 29 is controlled according to the readings of the temperature sensor 34 and is controlled by changing the flow rate of the sprayed water, maintaining the temperature at 350 ° C.
  • the vapor-gas mixture purified from the heavy fraction of hydrocarbons and carbon dust from the scrubber 29 with a flow rate of 716 kg / h is discharged into the condenser 35. Since 30 kg / h of the heavy fraction and 10 kg / h of soot were isolated from 720 kg / h of the gas-vapor mixture in the scrubber, but added 36 kg / h of water vapor then the amount of gas-vapor mixture that is discharged into the condenser is 716 kg / h.
  • the temperature in the condenser is monitored by the temperature sensor 37.
  • part of the gas-vapor mixture condenses to form condensate in the amount of 690 kg / h.
  • 690 kg of condensate contain 336 kg of water and 354 kg of liquid hydrocarbons.
  • Non-condensable hydrocarbons from the condenser 35 using a variable pump 42 with a flow rate of 26 kg / h are fed into the burner 10 and burned.
  • the burning of non-condensable gases helps prevent their release into the environment, as well as reduce the consumption of additional fuel for the processing of rubber-containing waste.
  • Liquid hydrocarbons from the storage tank 39 using an adjustable pump 43 through a flow meter 44 with a flow rate of 130 kg / h are fed into burner 10 and burn. In this case, the fuel supply from the tank 11 is completely stopped.
  • liquid hydrocarbons produced during the processing of waste as fuel allows eliminating the consumption of additional fuel.
  • the solid carbon residue from the furnace 16 through the discharge channel 19 using a gate feeder 45 with a flow rate of 600 kg / h is discharged into a cooler 46 with a cooling jacket 47.
  • the engine 48 is turned on and the screw 49 is rotated, which transfers the solid residue from the load to the discharge.
  • cooling water is pumped from cooling tower 36 through jacket 47 of cooler 46.
  • the solid carbon residue is cooled to a temperature not exceeding 100 ° C, which is controlled by the temperature sensor 50.
  • the cooled solid residue from the cooler 46 is discharged at a rate of 600 kg / h into a magnetic separator 51, in which 100 kg / h of metal is released from solid residue.
  • the metal is discharged from the magnetic separator at a flow rate of 100 kg / h to the accumulator 52, and the solid residue purified from metal at a flow rate of 500 kg / h is fed to a dielectric separator 53, in which non-conductive materials (oxides) are isolated from the solid residue, including zinc oxide in an amount of 62 kg / h. From the dielectric separator, zinc oxide in a mixture with other oxides (oxides of silicon, calcium, titanium, etc.) in the amount of 62 kg / h is discharged into the accumulator 54.
  • the content of zinc oxide in this mixture reaches 30 - 40% depending on the type of rubber-containing waste, and therefore this mixture is a high-quality raw material for the production of zinc oxide.
  • the purified solid residue from the dielectric separator 53 with a flow rate of 438 kg / h is discharged into the accumulator 55.
  • the carbon content rises.
  • the carbon content will be 89 wt. % and therefore the solid residue thus treated is an analog of carbon black.
  • crushed rubber waste 5 is fed in the form of chips with a size of 20 mm x 20 mm x 20 mm. Such chips have a bulk density of 800 kg / m. Therefore, when loading hopper 2 with a capacity of 1 m, the number of chips in this hopper will be 800 kg.
  • the shutter 3 is opened and the waste from the hopper 1 wakes down into the hopper 6 and is delayed by the shutter 4. After that, the shutter 3 is closed. From the steam generator 7, using steam 8 with an adjustable flow rate, steam is supplied to the hopper 6 with a flow rate of 600 kg / h and at a temperature of 110 ° C.
  • Non-condensing water vapor displaces air from a layer of rubber chips, which with a stream of water vapor enters the burner 10.
  • T p - temperature of the combustion products after the steam generator 120 ° C.
  • a heavy hydrocarbon fraction is fed to the nozzle 23.
  • fuel oil in an amount of 240 kg is poured into a container 20 and used as a heavy hydrocarbon fraction, since the physicochemical parameters of the heavy fraction of thermal decomposition of rubber-containing waste are close to the same values of fuel oil.
  • the mass ratio of the heavy fraction and water vapor supplied to the nozzle 23 is established within (0.5): 1, which is equal to (240 kg): 480 kg.
  • the heavy hydrocarbon fraction is atomized with a droplet size of 0.1-0.5 mm, as a result of which a two-phase medium is formed in the furnace 16 (water vapor and drops of the heavy hydrocarbon fraction ), into which the rubber waste loaded from the hopper 6 falls.
  • the resulting two-phase medium by convection transfers heat from the heating jacket 13 to the surface of the rubber waste.
  • This medium due to the presence of droplets of a heavy fraction, has a density greater than the density of water vapor.
  • the density of the heavy hydrocarbon fraction is 950 kg / m, and the density of water vapor in our case is 0.6 kg / m.
  • the density of the resulting two-phase mixture will be as follows:
  • Mp is the mass of water vapor, 480 kg
  • Mf is the mass of the heavy fraction, 240 kg.
  • the heat transfer process by such a two-phase medium is intensified in comparison with heat transfer by pure water vapor due to both higher density and higher heat transfer coefficients of the two-phase medium with rubber waste.
  • the increase in heat transfer coefficients, and, consequently, the intensity of heat transfer is due to the fact that drops of a liquid fraction are present in a two-phase medium.
  • the supply of water vapor and atomized heavy hydrocarbon fraction to the waste loading zone provides a high temperature difference between water vapor with drops of the heavy fraction (temperature not lower than 160 ° C) and cold waste with a temperature of about 30 - 40 ° C. And this (high temperature difference) provides high heat fluxes, as a result of which the heating of the waste is accelerated and the time of its processing is reduced.
  • the rubber waste transported by screw 18 with a flow rate of 1600 kg / h is heated by heat exchange, both with the jacket 13 itself, and by heat exchange with a heavy hydrocarbon fraction sprayed in water vapor.
  • drops of the heated heavy hydrocarbon fraction, deposited on the surface of rubber waste intensively heat them, and also dissolve the surface layer of the waste. All this leads to an acceleration of the thermal decomposition of rubber, i.e. reduction of waste processing time and, as a result, reduction of energy costs for the processing process.
  • thermolysis of rubber waste proceeds with the release of gaseous products and a solid residue.
  • the temperature in the furnace 16 is controlled by the readings of the temperature sensor 26 and controlled by changing the amount of fuel burned in the burner 10.
  • the gaseous waste decomposition products are mixed with water vapor and the atomized heavy hydrocarbon fraction, as a result of which a two-phase mixture is formed in the furnace 16, and the pressure in the reactor rises above atmospheric pressure.
  • the thermal decomposition of the heavy hydrocarbon fraction atomized in the reactor produces valuable hydrocarbons with a lower molecular weight, as well as soot with a low content of metal oxides (ash), since the initial heavy hydrocarbon fraction had a low content of metal oxides.
  • Such adjustment flow rate that is, the amount of vapor-gas mixture discharged from the reactor, is necessary to maintain the pressure in the reactor above atmospheric in order to exclude the possibility of suction of air into the reactor and the formation of an explosive mixture in the reactor.
  • the flow rate of the vapor-gas mixture is regulated by a tap 27, and the flow rate of the water is regulated by the pump 31, and thus the amount of water sprayed by the nozzle 33 into the flow of the vapor-gas mixture is set to 15% of the mass flow rate of the mixture.
  • the consumption of water sprayed into the mixture stream is 210 kg / h.
  • the scrubber 29 as a result of heat exchange of a gas-vapor mixture with water drops, water drops are heated and evaporated, and the mixture is cooled from a temperature of 500 ° C to a temperature of 300 ° C.
  • condensation of high molecular hydrocarbons occurs with the formation of a heavy fraction in an amount of 220 kg / h. This condensation does not occur on the surface, but in the volume, and therefore pairs of high molecular weight hydrocarbons condense with the formation of droplets.
  • carbon dust taken out from the furnace 16 is deposited in an amount of 20 kg / h.
  • the resulting droplets are deposited in a scrubber to form a mixture of 220 / h kg liquid phrase and 20 kg / h soot.
  • the resulting mixture with a flow rate of 240 kg / h from the scrubber 29 is withdrawn into the tank 20.
  • Atomized water in an amount of 210 kg / h completely evaporates with the formation of water vapor.
  • the cooling temperature of the vapor-gas mixture in the scrubber 29 is controlled according to the readings of the temperature sensor 34 and is controlled by changing the flow rate of the sprayed water, maintaining the temperature at 300 ° C.
  • the vapor-gas mixture purified from the heavy fraction of hydrocarbons and carbon dust (soot) from the scrubber 29 with a flow rate of 1370 kg / h is discharged into the condenser 35. Since 220 kg / h of the heavy fraction and 20 kg / h were separated from 1400 kg / h of the gas-vapor mixture in the scrubber soot, but 210 kg / h of water vapor were added, the amount of gas-vapor mixture that is discharged into the condenser 35 is 1370 kg / h.
  • Tvh - temperature of the cooling water inlet into the condenser 30 ° ⁇ ;
  • T in - exit temperature of the cooling water from the condenser 80 ° C;
  • K is the specific heat of condensation of the vapor-gas mixture, 1000 kJ / kg;
  • part of the gas-vapor mixture condenses to form condensate in an amount of 1250 kg / h.
  • 1250 kg of condensate contain 690 kg of water and 560 kg of liquid hydrocarbons.
  • the condensate from the condenser 35 with a flow rate of 1250 kg / h is drained into the sump 30, in which the separation of water and liquid hydrocarbons occurs. Since water has a higher density, it is collected in the lower part of the sump 30, and liquid hydrocarbons are collected in the upper part of the sump. Liquid hydrocarbons from the sump 30 through the valve 38 with a flow rate of 560 kg / h are discharged into the storage tank 39.
  • water with a flow rate of 690 kg / h is supplied to the filter 41.
  • the water in the filter 41 is purified from organic compounds (hydrocarbons) and then fed to the steam generator 7 to produce water vapor.
  • the circulation of water in a closed cycle helps to prevent its emissions into the environment, which improves the environmental performance of the waste recycling process, i.e. emissions of harmful substances into the environment are reduced.
  • Non-condensable hydrocarbons from the condenser 35 using an adjustable pump 42 with a flow rate of 120 kg / h are fed into the burner 10 and burned. Since the calorific value of non-condensable hydrocarbons is 30,000 kJ / kg, burning 120 kg / h of hydrocarbons is equivalent to burning 90 kg / h of liquid fuel with a specific calorific value of 40,000 kJ / kg. Therefore, the consumption of liquid fuel supplied to the burner 10 from the tank 11 is reduced by 90 kg / h, i.e. up to 150 kg / h.
  • the burning of non-condensable gases helps prevent their release into the environment, as well as reduce the consumption of additional fuel for the processing of rubber-containing waste.
  • Liquid hydrocarbons from the storage tank 39 using an adjustable pump 43 through a flow meter 44 with a flow rate of 150 kg / h are fed into the burner 10 and burned. In this case, the fuel supply from the tank 11 is completely stopped.
  • liquid hydrocarbons produced during the processing of waste as fuel allows eliminating the consumption of additional fuel.
  • the solid residue from the furnace 16 through the discharge channel 19 using a gate feeder 45 with a flow rate of 800 kg / h is discharged into a cooler 46, which is a screw conveyor with a cooling jacket 47.
  • the engine 48 is turned on and the screw 49 is rotated, which transfers the solid residue from the load to unload.
  • cooling water is pumped from cooling tower 36 through jacket 47 of cooler 46.
  • the solid carbon residue is cooled to a temperature not exceeding 100 ° C, which is controlled by the temperature sensor 50.
  • the cooled residue from the cooler 46 with a flow rate of 800 kg / h is discharged into a magnetic separator 51, in which 80 kg / h of metal carbon residue.
  • the metal is discharged from the magnetic separator at a flow rate of 80 kg / h to the accumulator 52, and the solid residue purified from the metal is fed to the dielectric separator 53 at a flow rate of 720 kg / h 53, in which non-conductive materials (oxides) are removed from the solid residue, including zinc oxide in an amount of 45 kg / h.
  • non-conductive materials oxides
  • zinc oxide in a mixture with other oxides (oxides of silicon, calcium, titanium, etc.) in the amount of 45 kg / h is discharged into the accumulator 54.
  • the content of zinc oxide in this mixture reaches 30 - 40%, depending on the type of rubber-containing waste and therefore, this mixture is a high quality raw material for the production of zinc oxide.
  • the purified solid residue from the dielectric separator 53 with a flow rate of 675 kg / h is discharged into the accumulator 55.
  • the carbon content increases.
  • the carbon content will be 77 wt.% And therefore the solid residue thus treated is an analog of carbon black.
  • the claimed method of processing rubber-containing waste differs from the known improved indicators in energy costs, emissions into the environment and the quality of the resulting products.

Abstract

Изобретение относится к технологии переработки промышленных и бытовых отходов и обеспечивает уменьшение энергетических затрат, снижение вредных выбросов в окружающую среду и повышение качества продуктов переработки отходов. Способ переработки резиносодержащих отходов включает их предварительную подготовку, термическое разложение в печи, разделение продуктов разложения на парогазовую смесь и твердый остаток, выделение из парогазовой смеси тяжелой углеводородной фракции. Предварительную подготовку отходов проводят путем продувки их водяным паром, а термическое разложение ведут в среде распыленной тяжелой углеводородной фракции и перегретого водяного пара при их массовом соотношении (0,1-0,5):1. Выделение тяжелой углеводородной фракции из парогазовой смеси осуществляют водой путем распыления ее в поток смеси в количестве 5-15% от массового расхода смеси, а из твердого остатка путем магнитной сепарации выделяют металл, после чего путем диэлектрической сепарации выделяют содержащий оксид цинка продукт.

Description

СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ РЕЗИНОСОДЕРЖАЩИХ 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 способ переработки резиновых отходов (Патент РФ N° 2076501, МПК В29В17/00, C08J11/10, С 08J11/14. Опубликован 27.03.1997г.).
Способ включает термическое разложение резиновых отходов в рабочей среде, состоящей из 98 - 85 масс. % перегретого до 300 - 1600 °С водяного пара и 2 - 15 масс. % газа, полученного после выделения масла из газообразных продуктов разложения. Кроме того, предварительно перед термическим разложением резиновые отходы смешивают с 3 - 40 масс. % масла путем пропускания газообразных продуктов разложения и рабочей среды через слой отходов при их массовом соотношении (0,05 - 1,62 ): 1, а твердые продукты разложения смешивают с 4 - 40 об. % масла и прессуют в брикеты с одновременным нагревом до 100 - 500 °С путем фильтрации газа, полученного после выделения масла из газообразных продуктов разложения.
К недостаткам данного способа относятся:
1. Высокий удельный расход энергии на процесс переработки отходов, обусловленный использованием водяного пара с температурой до 1600°С.
2. Большие выбросы в атмосферу вредных продуктов сгорания топлива, расходуемого на производство и перегрев до высокой температуры водяного пара.
3. Низкое качество получаемых продуктов переработки, так как из масла (жидких продуктов) не выделяется тяжелая углеводородная фракция, содержащая соединения серы и имеющая высокую зольность, а твердые продукты (твердый остаток), содержащие технический углерод, не подвергается обработке, а используется в качестве топлива в виде брикетов.
Известен способ переработки резиновых отходов (Патент РФ N° 2245247, МПК В29В17/00, C08J11/14. Опубликован 20.05.2004 г.). Согласно данному способу переработку отходов осуществляют путем их термического разложения в печи, разделения продуктов разложения на твердые и газообразные, вьщеления жидкой фазы из газообразных продуктов и отвода последних на сжигание для поддержания процесса разложения. Кроме того, предварительно перед термическим разложением отходы смешивают с 5-15 масс.% воды, а затем повторно их смешивают с водой путем распыления ее в печи в количестве 50- 150% от массы отходов, а твердые продукты разложения орошают водой в количестве 10-20% от массы резиновых отходов. Кроме того, в качестве воды используют конденсат, который получают путем сепарации из жидкой фазы.
Недостатками данного способа являются:
1. Высокий удельный расход энергии, связанный с нагревом и испарением большого количества воды (до 150% от массы отходов) в процессе переработки отходов.
2. Большое количество вредных выбросов в окружающую среду, образующихся при испарении загрязненного углеводородами конденсата, который как распыляют в печи, так и используют для орошения нагретых до высокой температуры (не ниже 300°С) твердых продуктов.
3. Низкое качество жидких и твердых продуктов переработки резиновых отходов, обусловленное тем, что из жидких продуктов не выделяют тяжелую фракцию, содержащую вредные соединения серы (меркаптаны), а также тем, что твердые продукты не подвергают переработке (разделению) на углеродсодержащие продукты и золу.
Известен процесс и установка по переработке резиносодержащих отходов (Патент РФ jVs 2460743, МПК C08J11/20. Опубликован 10.09.2012г.).
Переработку резиносодержащих отходов проводят термолизом резиновой крошки при 350 - 400°С в среде циркулирующего перегретого и испаренного бензина при давлении близком к атмосферному. При этом резиновая крошка разлагается на технический углерод, синтетическую нефть и углеводородный газ. Образующийся технический углерод с адсорбированными маслами продувают воздухом, при этом текстильный корд полностью сжигается, часть масел сгорает, а часть выносится с дымовыми газами.
К недостаткам данного способа относятся:
1. 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.
2. Большие вредные выбросы в окружающую среду, образующиеся при сгорании адсорбированных масел и текстильного корда. При этом в атмосферу с дымовыми газами выносится и часть масел.
3. 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. Неполное извлечение жидкой фракции (масла) из газового потока, в результате чего теряется часть ценных жидких продуктов.
Наиболее близким к предполагаемому изобретению является принятый нами за прототип способ переработки резиносодержащих отходов и установка для его осуществления (Патент РФ 2291168, МПК C08J11/04, C08J11/20, В29В 17/00. Публикация 10.01.2007г.).
Способ переработки резиносодержащих или смеси резиносодержащих и полимерных отходов включает стадию их предварительной подготовки, стадию термического разложения в печи с разделением продуктов разложения на парогазовую смесь и твердый остаток, стадию вьщеления жидкой фазы из парогазовой смеси с образованием углеводородсодержащего газа и стадию вьщеления углеродсодержащего продукта из твердого остатка. При этом на стадии предварительной подготовки целые и/или измельченные отходы продувают при запуске первого цикла переработки природным газом, в последующих циклах - углеводородсодержащим газом с последующей пропиткой углеводородным растворителем - жидкой углеводородной фракцией с температурой кипения не выше 220°С, по меньшей мере, в течение 15 минут, стадию термического разложения в печи ведут в первом цикле - в среде природного газа, нагретого до 400 - 500°С, а в последующих циклах в среде углеводородсодержащего газа, нагретого до 400 - 500°С, выделение жидкой фазы из парогазовой смеси ведут в три ступени, при этом на первой ступени парогазовую смесь охлаждают до 300 - 360°С с последующим выделением тяжелой углеводородной фракции, на второй ступени парогазовую смесь охлаждают до температуры не выше 220°С с последующим выделением углеводородной фракции и рециркуляцией части ее на стадию предварительной подготовки отходов для использования в качестве углеводородного растворителя, а на третьей ступени парогазовую смесь охлаждают до температуры ниже 30°С с последующим выделением легкой углеводородной фракции, образовавшийся после выделения жидкой фазы из парогазовой смеси углеводородсодержащий газ делят, по меньшей мере, на четыре потока, один из которых направляют на сжигание для нагрева второго потока углеводородсодержащего газа, который подают на стадию термического разложения в печь, третий поток используют для продувок на стадии предварительной подготовки отходов, а четвертый отводят потребителю, твердый остаток перед стадией выделения углеродсодержащего продукта подвергают продувке воздухом и охлаждают, а газы, образовавшиеся после продувки на стадии предварительной подготовки отходов и продувки твердого остатка, направляют на сжигание для нагрева второго потока углеводородсодержащего газа.
Недостатками данного способа являются:
1. Высокая энергоемкость, обусловленная проведением процесса переработки в несколько стадий, отсутствием рециркуляции тепловой энергии (возврата тепловой энергии в процесс переработки), необходимостью использовать дополнительный теплоноситель в виде природного газа, а также неизбежными тепловыми потерями в процессах нагрева теплоносителя в теплообменнике, испарения его и перегрева перед подачей в печь.
2. Большие вредные выбросы в окружающую среду, образующиеся при продувке воздухом нагретого твердого остатка, в результате чего происходит окисление углерода и остаточных углеводородов, содержащихся в твердом остатке с образованием токсичных продуктов сгорания.
3. Низкое качество углеродсодержащего продукта из-за частичного окисления при продувке твердого остатка воздухом, что приводит к росту содержания золы в углеродсодержащем продукте и снижению содержания углерода.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей предполагаемого изобретения является уменьшение энергетических затрат на процесс переработки, снижение вредных выбросов в окружающую среду и повышение качества поучаемых продуктов из резиновых отходов.
Поставленная задача решается тем, что в способе переработки резиносодержащих отходов, включающем их предварительную подготовку, термическое разложение в печи, разделение продуктов разложения на парогазовую смесь и твердый остаток, выделение из парогазовой смеси тяжелой углеводородной фракции, согласно изобретению, предварительную подготовку отходов проводят путем продувки их водяным паром, а термическое разложение ведут в среде распыленной тяжелой углеводородной фракции и перегретого водяного пара при их массовом соотношении (0,1 - 0,5): 1, выделение тяжелой углеводородной фракции из парогазовой смеси осуществляют водой путем распыления ее в поток смеси в количестве 5-15 % от массового расхода смеси, а из твердого остатка путем магнитной сепарации выделяют металл, после чего путем диэлектрической сепарации выделяют содержащий оксид цинка продукт.
Продувка отходов водяным паром позволяет удалить из отходов воздух, подача которого с отходами в печь может привести к возгоранию отходов, или взрыву при смешивании воздуха с нагретыми в печи газами термического разложения. При этом за счет конденсации части водяного пара на холодной поверхности отходов в процессе их продувки существенно интенсифицируется нагрев отходов. Это обусловлено тем, что при конденсации водяного пара достигается высокая интенсивность передачи тепла. Известно (см. Справочник по теплообменникам: В 2 т. Т.1/ Пер. с англ., под ред. Б.С. Петухова, В.К. Шикова. - М.: Энергоатомиздат, 1987, с.77. Табл.2), что при конденсации водяного пара коэффициент теплоотдачи достигает величины 2000 - 50000 Вт/м С, а при вынужденной конвекции, что наблюдается при продувке отходов газообразным теплоносителем (природным газом, или газообразными углеводородами), коэффициент теплоотдачи не превышает 200 Вт/м2 °С.
Таким образом, предварительная перед подачей в печь продувка отходов водяным паром обеспечивает высокую скорость нагрева их до 100° С (примерно в 10-25 раз большую скорость нагрева, чем при продувке газообразным теплоносителем без конденсации), в результате чего снижаются тепловые потери, связанные с нагревом отходов, а значит снижаются затраты энергии на процесс переработки резиновых отходов.
Поскольку при конденсации водяного пара на поверхности отходов выделяется теплота конденсации примерно г = 2500 кДж/кг, которая расходуется на нагрев отходов, то значительно снижается расход теплоносителя (водяного пара) на процесс нагрева отходов.
Следовательно, предварительная продувка отходов водяным паром в сравнении с продувкой природным газом, или газообразными углеводородами обеспечивает эффект не только вытеснения воздуха из отходов, но и высокоинтенсивный нагрев отходов перед подачей их в печь термического разложения, в результате чего и достигается эффект снижения энергетических затрат на процесс переработки резиновых отходов.
Термическое разложение резиновых отходов в печи в среде распыленной тяжелой углеводородной фракции и перегретого водяного пара при их массовом соотношении (0,01 - 0,5): 1 обеспечивает высокую скорость нагрева отходов, а также снижение образования вредных соединений в процессе термического разложения за счет присутствия водяного пара, который подавляет образование стойких органических загрязнителей.
Именно наличие в среде водяного пара распыленных тяжелых углеводородов (капель жидких углеводородов с температурой кипения не ниже 300°С) приводит к повышению плотности такой среды и, как следствие, к росту теплопередачи от такой среды к резиновым отходам.
Снижение массового соотношения тяжелой углеводородной фракции и водяного пара ниже 0,1 : 1 (кг/кг) приводит к резкому уменьшению теплопередачи от такой среды к отходам, т.е. в таком случае интенсивность передачи тепла практически равна интенсивности передачи тепла к отходам от чистого (без содержания капель углеводородов) водяного пара. В свою очередь снижение интенсивности теплопередачи в печи приводит к росту необходимого времени нагрева отходов и, как следствие, к росту тепловых потерь, а значит и росту энергетических затрат на процесс переработки.
Именно использование тяжелой углеводородной фракции в качестве распыляемой среды позволяет создать такую среду, в которой содержатся капли углеводородов, а не их пары. Это достигается потому, что температура кипения тяжелой фракции не ниже 300°С и поэтому они медленно испаряются в печи. Использование легкой фракции (температура кипения ниже 300°С) в таком случае приведет к быстрому испарению капель углеводородов и резкому снижению интенсивности передачи тепловой энергии к отходам.
Увеличение массового соотношения тяжелой фракции и водяного пара выше 0,5 : 1 приводит к резкому росту расхода тяжелой фракции, а также неустойчивости смеси капли тяжелой фракции - водяной пар из-за неизбежного слияния капель и образования струй, что резко снижает удельную поверхность совокупности всех капель в паровой среде, а значит и интенсивность передачи тепловой энергии к отходам.
Таким образом, именно термическое разложение в среде распыленной тяжелой углеводородной фракции и перегретого водяного пара при их массовом соотношении (0, 1 - 0,5): 1 обеспечивает высокую интенсивность передачи тепла к резиновым отходам, низкий расход тяжелой фракции и, как следствие, приводит к снижению энергетических затрат на процесс переработки за счет снижения тепловых потерь при термическом разложении отходов в результате уменьшения времени пребывания отходов в печи.
Следует также отметить, что при выделении тяжелой фракции из парогазовой смеси выделяются также и частицы углеродной пыли, которые неизбежно уносятся из печи с потоком парогазовой смеси. Именно частицы пыли, осаждаясь на поверхностях трубопроводов и в системах конденсации, приводят к забиванию трубопроводов и резкому снижению теплообмена в системах конденсации, а значит выходу оборудования из строя. Поэтому данные частицы (углеродную пыль) необходимо выделить из парогазовой смеси сразу на выходе из печи. Это обеспечивается тем, что выделение тяжелой фракции из парогазовой смеси осуществляют водой путем распыления ее в поток смеси в количестве 5-15 % от массового расхода смеси. Подача капель воды в поток парогазовой смеси на выходе из печи приводит к резкому охлаждению смеси и конденсации части углеводородов в виде капель тяжелой жидкой фракции, а также осаждению углеродной пыли, унесенной из печи, на образующихся каплях жидких углеводородов.
Использование воды для осаждения углеродной пыли и конденсации тяжелой углеводородной фракции в количестве менее 5 % от массового расхода смеси не обеспечивает охлаждения смеси с выделением тяжелой фракции, а также осаждению углеродной пыли. Поэтому необходимо для достижения эффекта выделения тяжелой фракции и осаждения углеродной пыли осуществлять распыление воды в поток смеси в количестве не менее 5 % от массового расхода смеси.
Распыление воды в поток парогазовой смеси в количестве более 15% от массового расхода смеси приводит к резкому охлаждению смеси, в результате чего конденсируется не только тяжелая фракция, но и легкие углеводороды с образованием большого количества жидкости, содержащей воду и жидкие углеводороды. При этом не происходит полного испарения воды, в результате чего выделяющиеся жидкие углеводороды содержат большое количество воды и поэтому возникает необходимость в дополнительных процессах разделения образующейся жидкости. При этом также снижается качество получаемых жидких продуктов из-за повышенного содержания воды.
Таким образом, распыление воды в поток парогазовой смеси в количестве 5-15 % от массового расхода смеси проводит к полному испарению воды с образованием водяного пара и обеспечивает создание тумана из мелких капель тяжелой фракции, который поглощает углеродную пыль из парогазовой смеси. Выделение тяжелой углеводородной фракции из парогазовой смеси улучшает показатели качества остаточных углеводородов парогазовой смеси в результате того, что с тяжелой фракцией выделяются сернистые соединения и извлекается углеродная пыль.
При этом для распыления используют воду, которую отделяют из жидких продуктов, образующихся после охлаждения парогазовой смеси и конденсации углеводородов.
Использование тяжелой углеводородной фракции для создания в печи среды, в которой проводят термическое разложение отходов, обеспечивает дополнительное термическое разложение углеводородов тяжелой фракции со снижением их молекулярной массы и, как следствие, улучшением качественных показателей жидких продуктов термического разложения резиновых отходов.
Твердый остаток термического разложения резиновых отходов содержит технический углерод, металлический корд и различные оксиды металлов, которые вводились в резиновую смесь на стадии изготовления резинотехнических изделий. Поэтому без предварительной обработки твердый остаток не может быть использован не только для производства новых резинотехнических изделий, но и даже в качестве твердого топлива, так как содержит большое количество (до 15 масс. %) различных оксидов, включая и оксиды тяжелых металлов. Так как в твердом остатке содержится большое количество (не менее 5 масс. % - зависит от вида отходов) оксида цинка, а также может содержаться металлический корд (например, при переработки изношенных шин), то необходимо твердый остаток подвергать обработке с целью выделения металла и продукта, содержащего ценный материал - оксид цинка. Это осуществляют путем вначале магнитной сепарации и отделения металла, а затем диэлектрической сепарации с выделением продукта, содержащего оксид цинка. После магнитной и диэлектрической сепарации твердого остатка получают аналог технического углерода, металл и продукт, содержащий цинк в количестве не менее 35 - 40 масс. %.
Таким образом, улучшают качество твердых продуктов разложения резиновых отходов и получают ценное сырье для извлечения оксида цинка и возврата его в производство резинотехнических изделий.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙ
На чертеже приведена схема установки, на которой реализуют способ переработки резиносодержащих отходов.
Установка содержит накопитель 1, подключенный к бункеру 2; затворы 3 и 4 для загрузки измельченных резиновых отходов 5; бункер 6, подключенный к парогенератору 7 посредством насоса 8; датчик температуры 9; в горелку 10, подключенную к емкости 11 посредством крана 12; рубашку нагрева 13, дымосос 14; дымовую трубу 15; печь 16; двигатель 17, подключенный к шнеку 18; канал выгрузки 19; емкость 20, подключенную к регулируемому насосу 21 с расходомером 22; форсунку 23, подключенную к регулируемому насосу 24 с расходомером 25; датчик температуры 26; кран 27 с расходомером 28; скруббер 29; отстойник 30, подключенный посредством насоса 31 и расходомера 32 к форсунке 33; датчик температуры 34; конденсатор 35, подключенный к градирне 36, датчик температуры 37; кран 38, подключенный к емкости 39; расходомер 40, подключенный к фильтру 41; регулируемый насос 42; регулируемый насос 43, подключенный к расходомеру 44; шлюзовой питатель 45, подключенный к охладителю 46 с рубашкой охлаждения 47; двигатель 48, подключенный к шнеку 49; датчик температуры 50; магнитный сепаратор 51, подключенный к накопителю 52 и диэлектрическому сепаратору 53; накопитель 54 и накопитель 55.
Согласно изобретению переработку резиносодержащих отходов осуществляют 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 1 просыпаются вниз в бункер 6 и задерживаются на затворе 4. После этого закрывают затвор 3. От парогенератора 7 с помощью насоса 8 с регулируемым расходом в бункер 6 подают водяной пар, который фильтруется через слой измельченных отходов. В процессе фильтрации водяной пар охлаждается и частично конденсируется, а резиновые отходы за счет тепла конденсации водяного пара нагреваются. При этом температуру нагрева отходов контролируют по показаниям датчика температуры 9 и подают водяной пар в бункер 6 до тех пор, пока отходы не нагреются до температуры Тн= 100°С.
Часть подаваемого в бункер 6 водяного пара полностью конденсируется и, в результате выделения теплоты конденсации и высокоинтенсивного нагрева, резиновые отходы быстро (в течение примерно 3-5 минут, зависит от количества отходов в бункере 6) прогреваются до температуры конденсации 100°С и процесс конденсации прекращается. С этого момента давление водяного пара в бункере 6 достигает величины равной атмосферному давлению, а воздух водяным паром из слоя измельченных отходов вытеснен из бункера 6 в горелку 10.
Одновременно с поступлением воздуха и водяного пара в горелку 10 из емкости 11 через кран 12 с заданным расходом подают топливо и сжигают его. Образующиеся продукты сгорания из горелки 10 при высокой температуре (около 1000°С) поступают в рубашку нагрева 13, протекают по рубашке нагрева 13 и выходят в парогенератор 7, в котором продукты сгорания охлаждаются, а тепло их расходуется на производство водяного пара. Далее из парогенератора 7 с помощью дымососа 14 охлажденные до температуры не выше 150°С продукты сгорания выводят в дымовую трубу 15. Это позволяет полезно использовать тепло выводимых из рубашки нагрева 13 продуктов сгорания и таким образом снизить расход энергии на процесс переработки отходов.
В момент, когда температура резиновых отходов в бункере 6 достигает температуры Тн = 100°С, что контролируют по показаниям датчика температуры 9, прекращают подачу водяного пара в бункер 6 от парогенератора 7. Открывают затвор 4 и отходы из бункера 6 под действием собственного веса просыпаются в печь 16. После этого затвор 4 закрывают. Одновременно с закрытием затвора 4 с помощью двигателя 17 приводят во вращение шнек 18, который начинает перемещать отходы от загрузки к каналу выгрузки 19.
Одновременно с подачей резиновых отходов в печь 16, т.е. выгрузкой их из бункера 6, из емкости 20 с тяжелой углеводородной фракцией с помощью регулируемого насоса 21 через расходомер 22 с заданным расходом в форсунку 23 подают тяжелую фракцию углеводородов.
На этапе запуска установки, пока не наработана тяжелая углеводородная фракция, в емкость 20 заливают мазут и используют его в качестве тяжелой углеводородной фракции, поскольку физико-химические показатели тяжелой фракции термического разложения резиносодержащих отходов близки к аналогичным показателям мазута.
От парогенератора 7 с помощью регулируемого насоса 24 через расходомер 25 с заданным расходом подают водяной пар в форсунку 23.
Регулируя расходы водяного пара и тяжелой углеводородной фракции, устанавливают массовое соотношение тяжелой фракции и водяного пара, подаваемых в форсунку 23, в пределах (0,1 - 0,5): 1.
В форсунке 23 под действием потока водяного пара тяжелая углеводородная фракция распыляется с размером капель 0,1-0,5 мм, в результате чего в печи 16 образуется двухфазная среда (водяной пар и капли тяжелой углеводородной фракции), в которую и попадают загружаемые из бункер 6 резиновые отходы.
Образующаяся двухфазная среда путем конвекции переносит тепло от рубашки нагрева 13 к поверхности резиновых отходов. Данная среда из-за наличия капель тяжелой фракции имеет плотность больше плотности водяного пара. Это обусловлено тем, что плотность тяжелой углеводородной фракции составляет 950 - 1000 кг/м3, а плотность водяного пара в печи не превышает 1 кг/м . Поскольку двухфазная среда имеет более высокую плотность, чем чистый водяной пар, то данная среда переносит тепло с более высокой интенсивностью, в результате чего время нагрева отходов сокращается.
Подача водяного пара и распыленной тяжелой углеводородной фракции в зону загрузки отходов обеспечивает высокую разность температур между водяным паром с каплями тяжелой фракции (температура примерно 300°С и холодными отходами с температурой примерно 30 - 40°С. А это (высокая разность температур) обеспечивает высокие потоки тепла к отходам путем конвективного переноса тепловой энергии, в результате чего ускоряется нагрев отходов и снижается время их переработки.
Перемещаемые с помощью шнека 18 резиновые отходы нагреваются как за счет теплообмена с самой рубашкой 13, через которую протекают продукты сгорания, так и путем конвективного теплообмена с распыленной в среде водяного пара тяжелой углеводородной фракцией. При этом капли нагретой тяжелой углеводородной фракции, осаждаясь на поверхности резиновых отходов, интенсивно нагревают отходы, а также растворяют поверхностный слой отходов. Все это приводит к ускорению термического разложения резины, т.е. снижению времени переработки отходов и, как следствие, снижению энергетических затрат на процесс переработки.
В процессе нагрева резиновых отходов в печи 16 до температуры 300 -
500 °С начинает протекать термолиз резиновых отходов с выделением газообразных продуктов и твердого остатка. При этом температуру в печи 16 контролируют по показаниям датчика температуры 26 и регулируют путем изменения количества топлива, сжигаемого в горелке 10.
Газообразные продукты разложения отходов смешиваются с водяным паром и распьшенной тяжелой углеводородной фракцией, в результате чего в печи 16 образуется двухфазная смесь, и давление в реакторе поднимается выше атмосферного.
В процессе нагрева в печи 16 происходит также частичное испарение и термическое разложение тяжелой углеводородной фракции с образованием углеводородов с более низкой молекулярной массой (ценных легких углеводородов) и сажи. Таким образом, повышается качество продуктов переработки резиносо держащих отходов. Образующиеся газообразные продукты разложения отходов в смеси с водяным паром, сажей, продуктами термического разложения тяжелой фракции в виде парогазовой смеси из печи 16, регулируя расход краном 27, через расходомер 28 подают в скруббер 29.
Одновременно из отстойника 30 с помощью регулируемого насоса 31 через расходомер 32 в форсунку 33 подают воду, которая образовалась в отстойнике 30 в результате расслоения конденсата.
Расход парогазовой смеси регулируют краном 27, а расход воды регулируют насосом 31 и таким образом устанавливают количество распыляемой с помощью форсунки 33 воды в поток парогазовой смеси в пределах 5 - 15 % от массового расхода смеси.
В скруббере 29 в результате теплообмена парогазовой смеси с каплями воды происходит нагрев и испарение капель воды, а смесь охлаждается. В результате охлаждения смеси происходит конденсация высокомолекулярных углеводородов с вьщелением тяжелой фракции. Данная конденсация протекает не на поверхности, а в объеме и поэтому пары высокомолекулярных углеводородов конденсируются с образованием капель. На данных каплях осаждается унесенная из печи 16 углеродная пыль (сажа). Капли осаждаются в скруббере с образованием жидкой фазы, которую из скруббера 29 выводят в емкость 20. Распыленная вода полностью испаряется с образованием водяного пара. При этом температуру охлаждения парогазовой смеси в скруббере 29 контролируют по показаниям датчика температуры 34 и регулируют путем изменения расхода распыляемой воды.
Очищенную от тяжелой углеводородной фракции и углеродной пыли парогазовую смесь из скруббера 29 выводят в конденсатор 35, в котором данную смесь охлаждают путем прокачки через кожух конденсатора воды от градирни 36. При этом температуру в конденсаторе контролируют по показаниям датчика температуры 37.
В результате охлаждения в конденсаторе 35 часть парогазовой смеси конденсируется с образованием конденсата, содержащего воду и жидкие углеводороды, а часть не конденсируется. Конденсат из конденсатора 35 сливают в отстойник 30, в котором происходит разделение воды и жидких углеводородов. Поскольку вода имеет более высокую плотность, то она собирается в нижней части отстойника 30, а жидкие углеводороды собираются в верхней части отстойника. Жидкие углеводороды из отстойника 30 через кран 38 сливают в накопительную емкость 39. Из отстойника 30 часть воды, равную расходу водяного пара, через расходомер 40 подают в фильтр 41. Осуществляют очистку воды в фильтре 41 от органических соединений (углеводородов) и затем подают в парогенератор 7 для производства водяного пара. Обращение воды в замкнутом цикле позволяет предотвратить выбросы ее в окружающую среду, что улучшает экологически показатели процесса переработки отходов, т.е. снижаются выбросы вредных веществ в окружающую среду.
Неконденсирующиеся углеводороды из конденсатора 35 с помощью регулируемого насоса 42 подают в горелку 10 и сжигают. При этом снижают расход топлива, подаваемого в горелку 10 из емкости 11. Сжигание неконденсирующихся углеводородов позволяет предотвратить их выброс в окружающую среду, а также уменьшить расход дополнительного топлива на процесс переработки резиносодержащих отходов.
Жидкие углеводороды из накопительной емкости 39 с помощью регулируемого насоса 43 через расходомер 44 с заданным расходом подают в горелку 10 и сжигают. При этом прекращают подачу топлива из емкости 11.
Использование производимых в процессе переработки отходов жидких углеводородов в качестве топлива позволяет исключить расход дополнительного топлива.
Твердый остаток из печи 16 через канал выгрузки 19 с помощью шлюзового питателя 45 выводят в охладитель 46. Через рубашку 47 охладителя 46 от градирни 36 прокачивают охлаждающую воду. Включают двигатель 48 и приводят во вращение шнек 49, который перемещает твердый остаток от загрузки к выгрузке. При движении по охладителю твердый углеродистый остаток охлаждают до температуры не выше 100°С, что контролируют по показаниям датчика температуры 50. Охлажденный остаток из охладителя 46 выгружают в магнитный сепаратор 51 , в котором выделяют металл из твердого остатка. Из магнитного сепаратора металл выгружают в накопитель 52, а очищенный от металла твердый остаток подают в диэлектрический сепаратор 53, в котором из твердого остатка выделяют неэлектропроводные материалы (оксиды), в том числе и оксид цинка. Из диэлектрического сепаратора оксид цинка в смеси с другими оксидами (оксиды кремния, кальция, титана и др.) выгружают в накопитель 54. Содержание оксида цинка в данной смеси достигает 30 - 40 % в зависимости от вида резиносодержащих отходов и поэтому данная смесь представляет собой высококачественное сырье для получения оксида цинка.
Очищенный твердый остаток из диэлектрического сепаратора 53 выгружают в накопитель 55. В результате выделения из твердого остатка металла и оксидов металлов содержание углеродов в твердом остатке повышается и поэтому обработанный таким образом твердый остаток представляет собой аналог технического углерода. Таким образом, в результате последовательной магнитной и диэлектрической сепарации твердого остатка получают качественные технический углерод и высокосортное сырье для получения оксида цинка.
ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА
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 размером 50 мм х 30 мм х50 мм, имеющих насыпную плотность 500 кг/м3. При загрузке бункера 2 объемом 1 м3 количество чипсов в бункер будет 500 кг. После заполнения бункера 2 открывают затвор 3 и отходы из бункера 1 просыпаются вниз в бункер 6 и задерживаются на затворе 4. После этого закрывают затвор 3. От парогенератора 7 с помощью насоса 8 с регулируемым расходом в бункер 6 подают водяной пар с расходом 600 кг/ч и при температуре 110°С. Попадая на большую холодную поверхность (температура чипсов 20°С) резиновых чипсов водяной пар резко охлаждается ниже 100°С и начинает частично конденсироваться с выделением теплоты конденсации гк=2500 кДж/кг. За счет этой теплоты конденсации резиновые отходы нагреваются до Тн = 100°С. Температуру нагрева отходов контролируют по показаниям датчика температуры 9.
Для нагрева 500 кг резиновых отходов от начальной температуры
Т0=20°С до температуры нагрева Тн = 100°С сконденсируется 30 кг водяного пара. Это означает, что при расходе водяного пара 600 кг/ч время нагрева отходов до 100°С и прекращения процесса конденсации составит величину 3 мин.
Водяной пар из слоя чипсов в бункере 6 вытесняет воздух, который с потоком пара поступает в горелку 10.
После нагрева чипсов до температуры Тн = 100°С прекращают подачу водяного пара в бункер 2 от парогенератора 7. Нагрев слоя чипсов в бункере 6 до Тн = 100°С означает, что воздух практически полностью вытеснен водяным паром.
Одновременно с поступлением воздуха и водяного пара из бункера 6 в горелку 10 из емкости 11 через кран 12 с расходом 150 кг/ч подают топливо и сжигают его. Образующиеся продукты сгорания из горелки 10 при высокой температуре (около Т^лки = 1000 °С) с расходом 3900 кг/ч поступают в рубашку нагрева 13. При сжигании 1 кг жидкого топлива образуется 26 кг продуктов сгорания с температурой 1000°С.
Продукты сгорания протекают по рубашке нагрева 13, охлаждаются до температуры Ti= 600°С и выходят в парогенератор 7, в котором продукты сгорания охлаждаются до Т2 =120°С, а тепло их расходуется на производство водяного пара в количестве 600 кг/ч.
Далее из парогенератора 7 с помощью дымососа 14 охлажденные до температуры Т2 = 120°С продукты сгорания с расходом 3900 кг/ч выводят в дымовую трубу 15.
Это позволяет полезно использовать тепло выводимых из рубашки нагрева 13 продуктов сгорания и таким образом снизить расход энергии на процесс переработки отходов.
В противном случае при выводе продуктов сгорания с ΊΊ= 600° С сразу в дымовую трубу с расходом 3900 кг/ч будет выброшено в атмосферу (окружающую среду) следующее количество тепловой энергии QATM.-'
QATM. =СРС МС (Т, - ТР) = 1,2 кДж/кг°Сх 3900 кг/чх (600°С - 120°С)=
= 2246400 кДж/ч, или 624 кВт,
где Ср - удельная теплоемкость продуктов сгорания, 1 ,2 кДж/кг С;
Мс - расход продуктов сгорания, 3900 кг/ч;
/ - температура выхода продуктов сгорания, 600°С;
Тр— температура продуктов сгорания после парогенератора, 120°С. Следовательно, в этом случае не используется 624 кВт тепловой мощности, которой достаточно для производства 600 кг/ч водяного пара, используемого в процессе переработки.
Использование данной тепловой мощности для производства водяного пара позволяет в нашем случае снизить расход энергии на процесс переработки резиновых отходов.
В момент, когда температура резиновых отходов в бункере 6 достигает температуры Тпара= Ю0°С, что контролируют по показаниям датчика температуры 9, открывают затвор 4 и отходы из бункера 6 под действием собственного веса в количестве 500 кг поступают в печь 16. После этого затвор 4 закрывают. Одновременно с открытием затвора 4 с помощью двигателя 17 приводят во вращение шнек 18 со скоростью 2 об/мин. Выгруженные в печь 16 отходы зависают на шнеке 18 в виде слоя и при вращении шнека данные отходы постепенно из слоя выбираются шнеком 18, который перемещает отходы от загрузки к каналу выгрузки 19 с расходом 1000 кг/ч. Таким образом, 500 кг резиносодержащих отходов шнек 18 будет выбирать из слоя и перемещать в течение 30 минут. За это время загружают из накопителя 1 в бункер 2 новую порцию отходов в количестве 500 кг и продувают ее водяным паром. Следовательно, для обеспечения производительности 1000 кг/ч необходимо в течение часа загрузить и продуть водяным паром 2 порции отходов.
Одновременно с подачей резиновых отходов в печь 16, т.е. выгрузкой их из бункера 6, из емкости 20 с тяжелой углеводородной фракцией с помощью регулируемого насоса 21 через расходомер 22 с расходом 30 кг/ч в форсунку 23 подают тяжелую углеводородную фракцию.
На этапе запуска установки, пока не наработана тяжелая углеводородная фракция, в емкость 20 заливают 30 кг мазута и используют его в качестве тяжелой углеводородной фракции, поскольку физико- химические показатели тяжелой углеводородной фракции термического разложения резиносодержащих отходов близки к аналогичным показателям мазута.
От парогенератора 7 с помощью регулируемого насоса 24 через расходомер 25 с расходом 300 кг/ч подают водяной пар в форсунку 23. Регулируя расходы водяного пара и тяжелой углеводородной фракции, устанавливают массовое соотношение тяжелой фракции и водяного пара, подаваемых в форсунку 23, в пределах (0,1): 1, что равно (30 кг): 300 кг.
В нашем случае для обеспечения производительности по отходам 1000 кг/ч устанавливают расход водяного пара 300 кг/ч, а расход тяжелой углеводородной фракции 30 кг/ч.
В форсунке 23 под действием потока водяного пара с температурой Тпара=1 Ю°С тяжелая углеводородная фракция распыляется с размером капель 0,1- 0,5 мм, в результате чего в печи 16 образуется двухфазная среда (водяной пар и капли тяжелой углеводородной фракции), в которую и попадают загружаемые из бункера 6 резиновые отходы.
Образующаяся двухфазная среда путем конвекции переносит тепло от рубашки нагрева 13 к поверхности резиновых отходов. Данная среда из-за наличия капель тяжелой фракции имеет плотность больше плотности водяного пара. Это обусловлено тем, что плотность тяжелой углеводородной фракции составляет 950 кг/м , а плотность водяного пара в нашем случае составляет 0,6 кг/м . В нашем случае при распылении в 300 кг водяного пара 30 кг тяжелой углеводородной фракции плотность образующейся двухфазной смеси будет следующей:
р= (Мп + М )/УСм = (300кг + 30кг)/500м3=0,67кг/м3, VCM = 300кг /
0,6кг/м3 = 500м3,
где Мп - масса водяного пара, 300 кг;
Мж - масса тяжелой фракции, 30 кг.
Поскольку двухфазная среда имеет плотность в нашем случае на 12 % выше плотности чистого водяного пара, то процесс переноса тепла такой двухфазной средой в сравнении с переносом тепла чистым водяным паром интенсифицируется как за счет большей плотности, так и за счет более высоких коэффициентов теплообмена двухфазной среды с резиновыми отходами. Рост коэффициентов теплообмена, а, следовательно, и интенсивности передачи тепла, обусловлен тем, что в двухфазной среде присутствуют капли жидкой фракции. При попадании нагретых капель жидкой фракции на поверхность резиновых отходов в результате контакта создаются высокие разности температур (разность температур между горячей каплей и более холодной поверхностью отходов), в результате этого и интенсифицируется (увеличивается тепловой поток) передача тепла от нагретых капель к отходам.
При снижении содержания тяжелой фракции в смеси, т.е. при массовом отношении тяжелой фракции к водяному пару ниже, чем (0,1): 1, снижается интенсивность передачи тепла такой смесью к отходам.
Подача водяного пара и распыленной тяжелой углеводородной фракции в зону загрузки отходов обеспечивает высокую разность температур между водяным паром с каплями тяжелой фракции (температура не ниже 110°С) и холодными отходами с температурой примерно 30 - 40°С. А это (высокая разность температур) обеспечивает высокие потоки тепла, в результате чего ускоряется нагрев отходов и снижается время их переработки.
Перемещаемые с помощью шнека 18 с расходом 1000 кг/ч резиновые отходы нагреваются за счет теплообмена, как с самой рубашкой 13, так и путем теплообмена с распыленной в среде водяного пара тяжелой углеводородной фракцией. При этом капли нагретой тяжелой углеводородной фракции, осаждаясь на поверхности резиновых отходов, не только интенсивно нагревают их, но и растворяют поверхностный слой отходов. Все это приводит к ускорению термического разложения резины, т.е. снижению времени переработки отходов и, как следствие, снижению энергетических затрат на процесс переработки.
В процессе нагрева резиновых отходов в печи 16 до температуры 500 °С протекает термолиз резиновых отходов с выделением газообразных продуктов и твердого углеродного остатка. При этом температуру в печи 16 контролируют по показаниям датчика температуры 26 и регулируют путем изменения количества топлива, сжигаемого в горелке 10.
В нашем случае при производительности 1000 кг/ч по отходам образуется 400 кг/ч газообразных продуктов термического разложения отходов и 600 кг/ч твердого остатка, содержащего 100 кг металла (металлического корда) и 72 кг оксидов металлов (оксиды цинка, титана, железа, алюминия, меди и др.).
Газообразные продукты разложения отходов смешиваются с водяным паром и распыленной тяжелой углеводородной фракцией, в результате чего в печи 16 образуется двухфазная смесь, и давление в реакторе поднимается выше атмосферного.
В нашем случае 400 кг/ч газообразных продуктов разложения смешиваются с 300 кг/ч водяного пара и 20 кг/ч газообразных продуктов термического разложения тяжелой углеводородной фракции, в результате чего образуется парогазовая смесь в количестве 720 кг/ч.
В процессе нагрева в печи 16 происходит также частичное испарение и термическое разложение тяжелой углеводородной фракции с образованием углеводородов с более низкой молекулярной массой (ценных легких углеводородов) и сажи.
Пусть в результате термического разложения 30 кг/ч тяжелой углеводородной фракции образуется 20 кг/ч газообразных продуктов с более низкой молекулярной массой, чем исходная тяжелая фракция. Остальные 10 кг/ч из 30 кг/ч тяжелой фракции в виде сажи смешиваются с твердым остатком термического разложения резинотехнических отходов.
В результате термического разложения распыленной в реакторе тяжелой углеводородной фракции образуются ценные углеводороды с более низкой молекулярной массой, а также сажа с низким содержанием оксидов металлов (золы), поскольку в исходной тяжелой углеводородной фракции было низкое содержание оксидов металлов.
Таким образом, повышается качество продуктов переработки резиносодержащих отходов.
Образующиеся газообразные продукты разложения отходов в смеси с водяным паром, продуктами термического разложения тяжелой фракции в виде парогазовой смеси из печи 16, регулируя расход краном 27 таким образом, чтобы расход не превышал 720 кг/ч, через расходомер 28 подают в скруббер 29. Такая регулировка расхода, то есть количества выводимой из реактора парогазовой смеси, необходима для поддержания давления в реакторе выше атмосферного, чтобы исключить возможности подсоса в реактор воздуха и образования в реакторе взрывоопасной смеси.
Одновременно из отстойника 30 с помощью регулируемого насоса 31 через расходомер 32 в форсунку 33 подают воду, которая образовалась в отстойнике 30 в результате расслоения конденсата. Расход парогазовой смеси регулируют краном 27, а расход воды регулируют насосом 31 и таким образом устанавливают количество распыляемой с помощью форсунки 33 воды в поток парогазовой смеси равным 5 % от массового расхода смеси.
В нашем случае при расходе парогазовой смеси 720 кг/ч расход воды, распыляемой в поток смеси, составляет 36 кг/ч.
В скруббере 29 в результате теплообмена парогазовой смеси с каплями воды происходит нагрев и испарение капель воды, а смесь охлаждается от температуры 400°С до температуры 350°С. В результате охлаждения смеси происходит конденсация высокомолекулярных углеводородов с образованием тяжелой фракции в количестве 30 кг/ч. Данная конденсация протекает не на поверхности, а в объеме и поэтому пары высокомолекулярных углеводородов конденсируются с образованием капель. На данных каплях осаждается унесенная из печи 16 углеродная пыль (сажа) в количестве 10 кг/ч. Образовавшиеся капли осаждаются в скруббере с образованием смеси ЗО/ч кг жидкой фразы и 10 кг/ч сажи. Образующуюся смесь с расходом 40 кг/ч из скруббера 29 выводят в емкость 20.
Распыленная вода в количестве 36 кг/ч полностью испаряется с образованием водяного пара. При этом температуру охлаждения парогазовой смеси в скруббере 29 контролируют по показаниям датчика температуры 34 и регулируют путем изменения расхода распыляемой воды, поддерживая температуру равной 350°С.
При подаче воды в количестве менее 5% от массового расхода парогазовой смеси охлаждение ее будет небольшим и основное количество тяжелой углеводородной фракции не будет выделено из парогазовой смеси. Это означает, что тяжелая углеводородная фракция, которая не была выделена в скруббере 29, выпадет в трубах конденсатора 35, что приведет к выходу его из строя.
Очищенную от тяжелой фракции углеводородов и углеродной пыли парогазовую смесь из скруббера 29 с расходом 716 кг/ч выводят в конденсатор 35. Поскольку из 720 кг/ч парогазовой смеси в скруббере было выделено 30 кг/ч тяжелой фракции и 10 кг/ч сажи, но добавились 36 кг/ч пары воды, то количество парогазовой смеси, которое выводят в конденсатор, составляет 716 кг/ч.
В конденсаторе парогазовую смесь охлаждают до температуры Тох.= 30°С путем прокачки через кожух конденсатора воды от градирни 36. При этом температуру в конденсаторе контролируют по показаниям датчика температуры 37.
В результате охлаждения в конденсаторе 35 часть парогазовой смеси конденсируется с образованием конденсата в количестве 690 кг/ч. При этом 690 кг конденсата содержат 336 кг воды и 354 кг жидких углеводородов.
Конденсат из конденсатора 35 с расходом 690 кг/ч сливают в отстойник
30, в котором происходит разделение воды и жидких углеводородов. Поскольку вода имеет более высокую плотность, то она собирается в нижней части отстойника 30, а жидкие углеводороды собираются в верхней части отстойника. Жидкие углеводороды из отстойника 30 через кран 38 с расходом 354 кг /ч сливают в накопительную емкость 39. Из отстойника 30 через расходомер 40 воду с расходом 300 кг/ч подают в фильтр 41. Осуществляют очистку воды в фильтре 41 от органических соединений (углеводородов) и затем подают в парогенератор 7 для производства водяного пара. Обращение воды в замкнутом цикле позволяет предотвратить выбросы ее в окружающую среду, что улучшает экологические показатели процесса переработки отходов, т.е. снижаются выбросы вредных веществ в окружающую среду.
Неконденсирующиеся углеводороды из конденсатора 35 с помощью регулируемого насоса 42 с расходом 26 кг/ч подают в горелку 10 и сжигают.
Поскольку теплота сгорания неконденсирующихся углеводородов составляет 30 000 кДж/кг, то сжигание 26 кг/ч углеводородов эквивалентно сжиганию 20 кг/ ч жидкого топлива с теплотой сгорания 40 000 кДж/кг. Поэтому расход жидкого топлива, подаваемого в горелку 10 из емкости 11, снижают на 20 кг/ч, т.е. до величины 130 кг/ч.
Сжигание неконденсирующихся газов позволяет предотвратить их выброс в окружающую среду, а также уменьшить расход дополнительного топлива на процесс переработки резиносодержащих отходов.
Жидкие углеводороды из накопительной емкости 39 с помощью регулируемого насоса 43 через расходомер 44 с расходом 130 кг/ч подают в горелку 10 и сжигают. При этом полностью прекращают подачу топлива из емкости 11.
Использование производимых в процессе переработки отходов жидких углеводородов в качестве топлива позволяет исключить расход дополнительного топлива.
Твердый углеродистый остаток из печи 16 через канал выгрузки 19 с помощью шлюзового питателя 45 с расходом 600 кг/ч выводят в охладитель 46 с охлаждающей рубашкой 47. Включают двигатель 48 и приводят во вращение шнек 49, который перемещает твердый остаток от загрузки к выгрузке. Одновременно от градирни 36 через рубашку 47 охладителя 46 прокачивают охлаждающую воду. При движении по охладителю твердый углеродистый остаток охлаждают до температуры не выше 100°С, что контролируют по показаниям датчика температуры 50. Охлажденный твердый остаток из охладителя 46 с расходом 600 кг/ч выгружают в магнитный сепаратор 51, в котором выделяют 100 кг/ч металл из твердого остатка. Из магнитного сепаратора металл выгружают с расходом 100 кг/ч выводят в накопитель 52, а очищенный от металла твердый остаток с расходом 500 кг/ч подают в диэлектрический сепаратор 53, в котором из твердого остатка выделяют неэлектропроводные материалы (оксиды), в том числе и оксид цинка в количестве 62 кг/ч. Из диэлектрического сепаратора оксид цинка в смеси с другими оксидами (оксиды кремния, кальция, титана и др.) в количестве 62 кг/ч выгружают в накопитель 54.
Содержание оксида цинка в данной смеси достигает 30 - 40 % в зависимости от вида резиносодержащих отходов и поэтому данная смесь представляет собой высококачественное сырье для получения оксида цинка.
Полностью очистить углеродистый остаток от оксидов не представляется возможным путем только диэлектрической сепарации, поскольку часть оксидов связана (соединена) с частицами углерода. Поэтому такие частицы являются электропроводными, в отличие от оксидов, и в диэлектрическом сепараторе будут отделяться вместе с частицами углерода.
Очищенный твердый остаток из диэлектрического сепаратора 53 с расходом 438 кг/ч выгружают в накопитель 55. В результате выделения из твердого остатка металла и части оксидов металлов содержание углерода повышается. При наличии 65 масс.% углерода в неочищенном 600 кг твердом остатке после его очистки содержание углерода составит 89 масс. % и поэтому обработанный таким образом твердый остаток представляет собой аналог технического углерода.
Таким образом, в результате последовательной магнитной и диэлектрической сепарации твердого остатка получают качественный технический углерод и высокосортное сырье для получения оксида цинка.
Пример 2.
Из накопителя 1 в бункер 2 при закрытых затворах 3 и 4 подают измельченные резиновые отходы 5 в виде чипсов размером 20 мм х 20 мм х 20 мм. Такие чипсы имеют насыпную плотность 800 кг/м . Поэтому при загрузке бункера 2 емкостью 1 м количество чипсов в этом бункере будет 800 кг. После заполнения бункера 2 открывают затвор 3 и отходы из бункера 1 просыпаются вниз в бункер 6 и задерживаются на затворе 4. После этого закрывают затвор 3. От парогенератора 7 с помощью насоса 8 с регулируемым расходом в бункер 6 подают водяной пар с расходом 600 кг/ч и при температуре 110°С. Попадая на большую холодную поверхность (температура чипсов 20°С) резиновых чипсов часть водяного пара резко охлаждается ниже 100°С и начинает конденсироваться с выделением теплоты конденсации гк = 2500 кДж/кг. За счет этой теплоты конденсации резиновые отходы нагреваются до температуры Тн = 100°С. Температуру нагрева отходов контролируют по показаниям датчика температуры 9.
Неконденсирующийся водяной пар вытесняет воздух из слоя резиновых чипсов, который с потоком водяного пара поступает в горелку 10.
Для нагрева 800 кг резиновых отходов от начальной температуры
Т0=20°С до температуры нагрева Тн = 100°С сконденсируется 50 кг водяного пара. Это означает, что при расходе водяного пара 600 кг/ч время нагрева отходов до 100°С составит величину 5 мин.
Нагрев отходов до Тн = 100°С означает, что давление водяного пара в , слое отходов достигло величины равной атмосферному, а весь воздух из отходов вытеснен в горелку 10.
После нагрева чипсов до температуры Тн = 100°С прекращают подачу водяного пара в бункер 2 от парогенератора 7. Одновременно с поступлением воздуха и водяного пара из бункера 2 в горелку 10 из емкости И через кран 12 с расходом 240 кг/ч подают топливо и сжигают его. Образующиеся продукты сгорания из горелки 10 при высокой температуре (около Тгорелки = 1000 °С) с расходом 6240 кг/ч поступают в рубашку нагрева 13. При сжигании 1 кг жидкого топлива образуется 26 кг продуктов сгорания с температурой 1000°С.
Продукты сгорания протекают по рубашке нагрева 13, охлаждаются до температуры Ti= 600°С и выходят в парогенератор 7, в котором продукты сгорания охлаждаются до Т2 =120°С, а тепло их расходуется на производство водяного пара в количестве 600 кг/ч.
Далее из парогенератора 7 с помощью дымососа 14 охлажденные до температуры Т2 = 120°С продукты сгорания с расходом 6240 кг/ч выводят в дымовую трубу 15.
Это позволяет полезно использовать тепло выводимых из рубашки нагрева 13 продуктов сгорания и таким образом снизить расход энергии на процесс переработки отходов.
В противном случае при выводе продуктов сгорания с Τι= 600° С сразу в дымовую трубу с расходом 6240 кг/ч будет выброшено в атмосферу (окружающую среду) следующее количество тепловой энергии QATM. '
QATM. =СР С Мс (Γι - Тр)= \ ,2 кДж/кг°С х 6240 кг/ч х (600°С - 120°С)=
= 3594240 кДж/ч, или 998 кВт,
где Ср - удельная теплоемкость продуктов сгорания, 1,2 кДж/кг С;
Мс -расход продуктов сгорания, 6240 кг/ч;
7/ - температура выхода продуктов сгорания, 600°С;
Тр - температура продуктов сгорания после парогенератора, 120°С.
Следовательно, в этом случае не используется 998 кВт тепловой мощности, которой достаточно для производства 600 кг/ч водяного пара, используемого в процессе переработки.
Использование данной тепловой мощности для производства водяного пара позволяет в нашем случае снизить расход энергии на процесс переработки резиновых отходов.
Открывают затвор 4 и отходы из бункера 6 под действием собственного веса в количестве 800 кг поступают в печь 16. После этого затвор 4 закрывают. Одновременно с открытием затвора 4 с помощью двигателя 17 приводят во вращение шнек 18 со скоростью 4 об/мин. Выгруженные в реактор отходы зависают на шнеке 18 в виде слоя и при вращении шнека данные отходы постепенно из слоя выбираются шнеком 18, который перемещает отходы от загрузки к каналу выгрузки 19 с расходом 1600 кг/ч. Таким образом, 800 кг резиносодержащих отходов шнек 18 будет выбирать из слоя и перемещать в течение 30 минут. За это время загружают из накопителя 1 в бункер 2 новую порцию отходов в количестве 800 кг и продувают ее водяным паром. Следовательно, для обеспечения производительности 1600 кг/ч необходимо в течение часа загрузить и продуть водяным паром 2 порции отходов.
Одновременно с подачей резиновых отходов в печь 16, т.е. выгрузкой их из бункера 6, из емкости 20 с тяжелой углеводородной фракцией с помощью регулируемого насоса 21 через расходомер 22 с расходом 240 кг/ч в форсунку 23 подают тяжелую углеводородную фракцию.
На этапе запуска установки, пока не наработана тяжелая углеводородная фракция, в емкость 20 заливают мазут в количестве 240 кг и используют его в качестве тяжелой углеводородной фракции, поскольку физико-химические показатели тяжелой фракции термического разложения резиносодержащих отходов близки к аналогичным показателям мазута.
От парогенератора 7 с помощью регулируемого насоса 24 через расходомер 25 с расходом 480 кг/ч подают водяной пар в форсунку 23.
Регулируя расходы водяного пара и тяжелой углеводородной фракции, устанавливают массовое соотношение тяжелой фракции и водяного пара, подаваемых в форсунку 23, в пределах (0,5): 1, что равно (240 кг): 480 кг.
В нашем случае для обеспечения производительности по отходам 1600 кг/ч устанавливают расход водяного пара 480 кг/ч, а расход тяжелой углеводородной фракции 240 кг/ч.
В форсунке 23 под действием потока водяного пара с температурой ТПара-160°С тяжелая углеводородная фракция распыляется с размером капель 0,1-0,5 мм, в результате чего в печи 16 образуется двухфазная среда (водяной пар и капли тяжелой углеводородной фракции), в которую и попадают загружаемые из бункера 6 резиновые отходы. Образующаяся двухфазная среда путем конвекции переносит тепло от рубашки нагрева 13 к поверхности резиновых отходов. Данная среда из-за наличия капель тяжелой фракции имеет плотность больше плотности водяного пара. Это обусловлено тем, что плотность тяжелой углеводородной фракции составляет 950 кг/м , а плотность водяного пара в нашем случае составляет 0,6 кг/м . В нашем случае при распылении в 480 кг водяного пара 240 кг тяжелой углеводородной фракции плотность образующейся двухфазной смеси будет следующей:
р= (Мп + Мж)/УСм = (480кг + 240кг)/800м3 =0,90кг/м3 , VCM= 480кг / 0,6кг/м3 = 800м3,
где Мп - масса водяного пара, 480 кг;
Мж- масса тяжелой фракции, 240 кг.
Поскольку двухфазная среда имеет плотность в нашем случае на 50 % выше плотности чистого водяного пара, то процесс переноса тепла такой двухфазной средой в сравнении с переносом тепла чистым водяным паром интенсифицируется как за счет большей плотности, так и за счет более высоких коэффициентов теплообмена двухфазной среды с резиновыми отходами. Рост коэффициентов теплообмена, а, следовательно, и интенсивности передачи тепла, обусловлен тем, что в двухфазной среде присутствуют капли жидкой фракции. При попадании нагретых капель жидкой фракции на поверхность резиновых отходов в результате контакта создаются высокие разности температур (разность температур между горячей каплей и более холодной поверхностью отходов), в результате этого и интенсифицируется (увеличивается тепловой поток) передача тепла от нагретых капель к отходам.
При повышении содержания тяжелой фракции в смеси, т.е. при массовом отношении тяжелой фракции к водяному пару больше, чем (0,5): 1, увеличивается расход тяжелой жидкой фракции. При этом в процессе распыления тяжелой фракции в количестве более 240 кг/ч в поток пара 480 кг/ч происходит резкое охлаждение потока пара и возникает его конденсация. Это означает, что при отношении выше (0,5): 1 невозможно получить двухфазную смесь в виде капель тяжелой фракции в потоке водяного пара. При этом из-за высокой концентрации капель в потоке пара последние будут интенсивно осаждаться в самом реакторе и на резиновых отходах, в результате чего нарушится процесс переработки отходов.
Подача водяного пара и распыленной тяжелой углеводородной фракции в зону загрузки отходов обеспечивает высокую разность температур между водяным паром с каплями тяжелой фракции (температура не ниже 160°С ) и холодными отходами с температурой примерно 30 - 40°С. А это (высокая разность температур) обеспечивает высокие потоки тепла, в результате чего ускоряется нагрев отходов и снижается время их переработки.
Перемещаемые с помощью шнека 18 с расходом 1600 кг/ч резиновые отходы нагреваются за счет теплообмена, как с самой рубашкой 13, так и путем теплообмена с распыленной в среде водяного пара тяжелой углеводородной фракцией. При этом капли нагретой тяжелой углеводородной фракции, осаждаясь на поверхности резиновых отходов, интенсивно нагревают их, а также растворяют поверхностный слой отходов. Все это приводит к ускорению термического разложения резины, т.е. снижению времени переработки отходов и, как следствие, снижению энергетических затрат на процесс переработки.
В процессе нагрева резиновых отходов в печи 16 до температуры 500 °С протекает термолиз резиновых отходов с выделением газообразных продуктов и твердого остатка. При этом температуру в печи 16 контролируют по показаниям датчика температуры 26 и регулируют путем изменения количества топлива, сжигаемого в горелке 10.
В нашем случае при производительности 1600 кг/ч по отходам образуется 800 кг/ч газообразных продуктов термического разложения отходов и 800 кг/ч твердого остатка, содержащего 80 кг металла (металлического корда) и 90 кг оксидов металлов (оксиды цинка, титана, железа, алюминия, меди и др.).
Газообразные продукты разложения отходов смешиваются с водяным паром и распыленной тяжелой углеводородной фракцией, в результате чего в печи 16 образуется двухфазная смесь, и давление в реакторе поднимается выше атмосферного.
В нашем случае 800 кг/ч газообразных продуктов разложения смешиваются с 480 кг/ч водяного пара и 120 кг/ч газообразных продуктов термического разложения тяжелой углеводородной фракции, в результате чего образуется парогазовая смесь в количестве 1400 кг/ч. В процессе нагрева в печи 16 происходит также частичное испарение и термическое разложение тяжелой углеводородной фракции с образованием углеводородов с более низкой молекулярной массой (ценных легких углеводородов) и сажи.
Пусть в результате термического разложения 240 кг/ч тяжелой углеводородной фракции образуется 120 кг/ч газообразных продуктов с более низкой молекулярной массой, чем исходная тяжелая фракция. Остальные 120 кг/ч тяжелой фракции в виде сажи смешиваются с твердым остатком термического разложения резинотехнических отходов.
В результате термического разложения распыленной в реакторе тяжелой углеводородной фракции образуются ценные углеводороды с более низкой молекулярной массой, а также сажа с низким содержанием оксидов металлов (золы), поскольку в исходной тяжелой углеводородной фракции было низкое содержание оксидов металлов.
Таким образом, повышается качество продуктов переработки резиносодержащих отходов.
Образующиеся газообразные продукты разложения отходов в смеси с водяным паром, продуктами термического разложения тяжелой фракции в виде парогазовой смеси из печи 16, регулируя расход краном 27 таким образом, чтобы расход не превышал 1400 кг/ч, через расходомер 28 подают в скруббер 29. Такая регулировка расхода, то есть количества выводимой из реактора парогазовой смеси, необходима для поддержания давления в реакторе выше атмосферного, чтобы исключить возможности подсоса в реактор воздуха и образования в реакторе взрывоопасной смеси.
Одновременно из отстойника 30 с помощью регулируемого насоса 31 через расходомер 32 в форсунку 33 подают воду, которая образовалась в отстойнике 30 в результате расслоения конденсата.
Расход парогазовой смеси регулируют краном 27, а расход воды регулируют насосом 31 и таким образом устанавливают количество распыляемой с помощью форсунки 33 воды в поток парогазовой смеси 15 % от массового расхода смеси.
В нашем случае при расходе парогазовой смеси 1400 кг/ч расход воды, распыляемой в поток смеси, составляет 210 кг/ч. В скруббере 29 в результате теплообмена парогазовой смеси с каплями воды происходит нагрев и испарение капель воды, а смесь охлаждается от температуры 500°С до температуры 300°С. В результате охлаждения смеси происходит конденсация высокомолекулярных углеводородов с образованием тяжелой фракции в количестве 220 кг/ч. Данная конденсация протекает не на поверхности, а в объеме и поэтому пары высокомолекулярных углеводородов конденсируются с образованием капель. На данных каплях осаждается унесенная из печи 16 углеродная пыль в количестве 20 кг/ч. Образовавшиеся капли осаждаются в скруббере с образованием смеси 220/ч кг жидкой фразы и 20 кг/ч сажи. Образующуюся смесь с расходом 240 кг/ч из скруббера 29 выводят в емкость 20.
Распыленная вода в количестве 210 кг/ч полностью испаряется с образованием водяного пара. При этом температуру охлаждения парогазовой смеси в скруббере 29 контролируют по показаниям датчика температуры 34 и регулируют путем изменения расхода распыляемой воды, поддерживая температуру равной 300°С.
При подаче воды в количестве выше 15 % от массового расхода парогазовой смеси приведет к тому, что часть воды не испарится в потоке парогазовой смеси и выпадет вместе с тяжелой фракцией и сажей в скруббере. Это приведет к образованию в скруббере смеси тяжелой фракции с водой и сажей и возникнет необходимость в дополнительной обработке такой смеси для выделения из нее воды, что приведет к росту энергетических расходов на процесс переработки.
Очищенную от тяжелой фракции углеводородов и углеродной пыли (сажи) парогазовую смесь из скруббера 29 с расходом 1370 кг/ч выводят в конденсатор 35. Поскольку из 1400 кг/ч парогазовой смеси в скруббере было выделено 220 кг/ч тяжелой фракции и 20 кг/ч сажи, но добавились 210 кг/ч пары воды, то количество парогазовой смеси, которое выводят в конденсатор 35, составляет 1370 кг/ч.
В конденсаторе 35 парогазовую смесь охлаждают до температуры Тох.=
30°С путем прокачки через кожух конденсатора воды от градирни 36. При этом температуру в конденсаторе контролируют по показаниям датчика температуры 37. Для охлаждения и конденсации парогазовой смеси в конденсаторе 35 необходимо через его кожух прокачивать следующее количество оборотной воды:
Мв = QK I CP B х (Тех - Тв) = (2 х 1370 х (300 - 30) + 1000 х 1250) / (4,18 х (80 - 30) = 9520кг/ч.
где QK = Сем х GCM Х (Тем - Тох) + RK MK ;
СрВ - удельная теплоемкость воды, 4,18 кДж/кг°С;
ем- удельная теплоемкость парогазовой смеси, 2,0 кДж/кг °С;
Твх - температура входа охлаждающей воды в конденсатор, 30°С;
Тв - температура выхода охлаждающей воды из конденсатора, 80°С;
Тем - температура парогазовой смеси на входе в конденсатор, 300°С;
Тох - температура охлаждения, 30°С;
к - удельная теплота конденсации парогазовой смеси, 1000 кДж/кг;
Мк - количество образующегося конденсата, 1250 кг/ч;
GCM - расход смеси, 1370 кг/ч.
В результате охлаждения в конденсаторе 35 часть парогазовой смеси конденсируется с образованием конденсата в количестве 1250 кг/ч. При этом 1250 кг конденсата содержат 690 кг воды и 560 кг жидких углеводородов.
Конденсат из конденсатора 35 с расходом 1250 кг/ч сливают в отстойник 30, в котором происходит разделение воды и жидких углеводородов. Поскольку вода имеет более высокую плотность, то она собирается в нижней части отстойника 30, а жидкие углеводороды собираются в верхней части отстойника. Жидкие углеводороды из отстойника 30 через кран 38 с расходом 560 кг /ч сливают в накопительную емкость 39.
Из отстойника 30 через расходомер 40 воду с расходом 690 кг/ч подают в фильтр 41. Осуществляют очистку воды в фильтре 41 от органических соединений (углеводородов) и затем подают в парогенератор 7 для производства водяного пара. Обращение воды в замкнутом цикле позволяет предотвратить выбросы ее в окружающую среду, что улучшает экологические показатели процесса переработки отходов, т.е. снижаются выбросы вредных веществ в окружающую среду.
Неконденсирующиеся углеводороды из конденсатора 35 с помощью регулируемого насоса 42 с расходом 120 кг/ч подают в горелку 10 и сжигают. Поскольку теплота сгорания неконденсирующихся углеводородов составляет 30 ООО кДж/кг, то сжигание 120 кг/ч углеводородов эквивалентно сжиганию 90 кг/ч жидкого топлива с удельной теплотой сгорания 40 000 кДж/кг. Поэтому расход жидкого топлива, подаваемого в горелку 10 из емкости 11, снижают на 90 кг/ч, т.е. до величины 150 кг/ч.
Сжигание неконденсирующихся газов позволяет предотвратить их выброс в окружающую среду, а также уменьшить расход дополнительного топлива на процесс переработки резиносодержащих отходов.
Жидкие углеводороды из накопительной емкости 39 с помощью регулируемого насоса 43 через расходомер 44 с расходом 150 кг/ч подают в горелку 10 и сжигают. При этом полностью прекращают подачу топлива из емкости 11.
Использование производимых в процессе переработки отходов жидких углеводородов в качестве топлива позволяет исключить расход дополнительного топлива.
Твердый остаток из печи 16 через канал выгрузки 19 с помощью шлюзового питателя 45 с расходом 800 кг/ч выводят в охладитель 46, представляющий собой шнековый транспортер с охлаждающей рубашкой 47. Включают двигатель 48 и приводят во вращение шнек 49, который перемещает твердый остаток от загрузки к выгрузке. Одновременно от градирни 36 через рубашку 47 охладителя 46 прокачивают охлаждающую воду. При движении по охладителю твердый углеродистый остаток охлаждают до температуры не выше 100°С, что контролируют по показаниям датчика температуры 50. Охлажденный остаток из охладителя 46 с расходом 800 кг/ч выгружают в магнитный сепаратор 51 , в котором вьщеляют 80 кг/ч металл из углеродистого остатка. Из магнитного сепаратора металл выгружают с расходом 80 кг/ч выводят в накопитель 52, а очищенный от металла твердый остаток с расходом 720 кг/ч подают в диэлектрический сепаратор 53, в котором из твердого остатка вьщеляют неэлектропроводные материалы (оксиды), в том числе и оксид цинка в количестве 45 кг/ч. Из диэлектрического сепаратора 53 оксид цинка в смеси с другими оксидами (оксиды кремния, кальция, титана и др.) в количестве 45 кг/ч выгружают в накопитель 54. Содержание оксида цинка в данной смеси достигает 30 - 40 % в зависимости от вида резиносодержащих отходов и поэтому данная смесь представляет собой высококачественное сырье для получения оксида цинка.
Очищенный твердый остаток из диэлектрического сепаратора 53 с расходом 675 кг/ч выгружают в накопитель 55. В результате выделения из твердого остатка металла и оксидов металлов содержание углерода повышается. При наличии 65 масс.% углерода в неочищенном 800 кг остатке после его очистки содержание углерода составит 77 масс.% и поэтому обработанный таким образом твердый остаток представляет собой аналог технического углерода.
Таким образом, в результате последовательной магнитной и диэлектрической сепарации твердого остатка получают качественные технический углерод и высокосортное сырье для получения оксида цинка.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Заявленный способ переработки резиносодержащих отходов отличается от известных улучшенными показателями по энергетическим затратам, выбросам в окружающую среду и качеству получаемых продуктов.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ переработки резиносодержащих отходов, включающий их предварительную подготовку, термическое разложение в печи, разделение продуктов разложения на парогазовую смесь и твердый остаток, вьщеление из парогазовой смеси тяжелой углеводородной фракции, отличающийся тем, что предварительную подготовку отходов проводят путем продувки их водяным паром, а термическое разложение ведут в среде распыленной тяжелой углеводородной фракции и перегретого водяного пара при их массовом соотношении (0,1 - 0,5): 1, вьщеление тяжелой углеводородной фракции из парогазовой смеси осуществляют водой путем распыления ее в поток парогазовой смеси в количестве 5-15 % от массового расхода смеси, а из твердого остатка путем магнитной сепарации выделяют металл, после чего путем диэлектрической сепарации выделяют содержащий оксид цинка продукт.
PCT/RU2018/000310 2017-03-20 2018-05-17 Способ переработки резиносодержащих отходов WO2018174753A2 (ru)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES18772099T ES2951632T3 (es) 2017-03-20 2018-05-17 Tratamiento de residuos de goma
EP18772099.0A EP3604415B1 (de) 2017-03-20 2018-05-17 Verfahren zur verarbeitung von kautschukhaltigen abfällen
US16/547,094 US10703983B2 (en) 2017-03-20 2019-08-21 Method for processing rubber-containing waste

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017109367 2017-03-20
RU2017109367A RU2659247C1 (ru) 2017-03-20 2017-03-20 Способ переработки резиносодержащих отходов

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US16/547,094 Continuation US10703983B2 (en) 2017-03-20 2019-08-21 Method for processing rubber-containing waste

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2018174753A2 true WO2018174753A2 (ru) 2018-09-27
WO2018174753A3 WO2018174753A3 (ru) 2018-12-20

Family

ID=62815316

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2018/000310 WO2018174753A2 (ru) 2017-03-20 2018-05-17 Способ переработки резиносодержащих отходов

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10703983B2 (ru)
EP (1) EP3604415B1 (ru)
ES (1) ES2951632T3 (ru)
RU (1) RU2659247C1 (ru)
WO (1) WO2018174753A2 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2076501C1 (ru) 1995-05-15 1997-03-27 Акционерное общество закрытого типа "РОБЕНТЕХ" Способ переработки резиновых отходов
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
RU2291168C1 (ru) 2005-05-19 2007-01-10 Алексей Викторович Матвеев Способ переработки резиносодержащих отходов и установка для его осуществления (варианты)
RU2460743C2 (ru) 2010-05-21 2012-09-10 Кирилл Зыськович Бочавер Процесс и установка по переработке резиносодержащих отходов

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2490992A1 (fr) * 1980-09-29 1982-04-02 Inst Francais Du Petrole Procede et installation pour la conversion thermique des pneus usages ou au rebut en matieres utilisables notamment comme combustibles
US4839151A (en) * 1984-10-12 1989-06-13 Fred Apffel Recovery process
US4686008A (en) * 1985-10-08 1987-08-11 Gibson Harry T Pyrolytic decomposition apparatus
US6657095B1 (en) * 1998-04-01 2003-12-02 Recycled Energy, L.L.C. Continuous temperature variance pyrolysis for extracting products from tire chips
RU2174911C1 (ru) * 2000-11-09 2001-10-20 Аристархов Дмитрий Викторович Способ переработки резиновых отходов
WO2003014207A1 (en) * 2001-08-08 2003-02-20 The Fulford Group Inc. Process for regeneration of rubber from scrap
RU2003105252A (ru) * 2003-02-25 2004-10-10 Дмитрий Викторович Аристархов (RU) Способ переработки резиновых отходов
RU2250239C1 (ru) * 2003-08-26 2005-04-20 Матвеев Алексей Викторович Способ переработки резиносодержащих отходов
RU2495066C2 (ru) * 2011-12-13 2013-10-10 Закрытое Акционерное Общество "Научно-Производственное Объединение Инноватех" Способ получения сажи из резиновых отходов
RU2494128C2 (ru) * 2011-12-13 2013-09-27 Закрытое Акционерное Общество "Научно-Производственное Объединение Инноватех" Устройство для получения сажи из резиновых отходов
RU2519476C1 (ru) * 2012-12-27 2014-06-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный технический университет" Способ регенерации резиновой крошки

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2076501C1 (ru) 1995-05-15 1997-03-27 Акционерное общество закрытого типа "РОБЕНТЕХ" Способ переработки резиновых отходов
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
RU2291168C1 (ru) 2005-05-19 2007-01-10 Алексей Викторович Матвеев Способ переработки резиносодержащих отходов и установка для его осуществления (варианты)
RU2460743C2 (ru) 2010-05-21 2012-09-10 Кирилл Зыськович Бочавер Процесс и установка по переработке резиносодержащих отходов

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
B.S. PETUCHOWW.K. SCHIKOW: "s. Wärmetauscher-Handbuch: In zwei Bänden. Band 1/ Aus dem Englischen unter der Redaktion", vol. 1, 1987, pages: 77

Also Published As

Publication number Publication date
US20200010765A1 (en) 2020-01-09
EP3604415A2 (de) 2020-02-05
US10703983B2 (en) 2020-07-07
WO2018174753A3 (ru) 2018-12-20
EP3604415B1 (de) 2023-05-03
ES2951632T3 (es) 2023-10-24
EP3604415A4 (de) 2020-03-18
RU2659247C1 (ru) 2018-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2495066C2 (ru) Способ получения сажи из резиновых отходов
EP0865330B1 (en) Volatile materials treatment system
US5319176A (en) Plasma arc decomposition of hazardous wastes into vitrified solids and non-hazardous gasses
US5523060A (en) Apparatus for retorting material
US9487659B2 (en) Method for producing carbon black from waste rubber and device thereof
US9346030B2 (en) Device for production of soot from rubber waste
US10428277B2 (en) Device for processing scrap rubber
RU2394680C2 (ru) Способ и устройство для обработки резиновых отходов
CN105542854A (zh) 一种费脱蜡渣回收石蜡的装置及方法
RU2460743C2 (ru) Процесс и установка по переработке резиносодержащих отходов
RU2659247C1 (ru) Способ переработки резиносодержащих отходов
US20220251392A1 (en) Thermolysis system and method for obtaining recovered carbon black and fuel from disused tires
RU2005115198A (ru) Способ переработки резиносодержащих отходов и установка для его осуществления (варианты)
JP2018506637A (ja) 半炭化バイオマスの冷却方法
WO2016036278A2 (ru) Устройство для переработки нефтяных отходов
AU712838B2 (en) Volatile materials treatment system
AU705861B2 (en) Volatile materials treatment system
CN101583699A (zh) 用于产生布朗气的系统及其应用
JPH06271307A (ja) 高分子系廃棄物からの活性炭製造設備
JP2007308672A (ja) ナフテン系、パラフィン系等から構成された潤滑油、ギヤオイル摺動油等の廃油及び有機溶剤、シンナー等の再生と共に廃油の開放式中空瞬間熱分解反応処理還元装置
CN116251575A (zh) 一种主动除湿式活性炭的再生装置及再生方法
BE428926A (ru)
FR2681719A1 (fr) Procede et dispositif de traitement d'un effluent liquide provenant d'une installation industrielle telle qu'une centrale nucleaire, en vue de son elimination.
EA004393B1 (ru) Способ переработки резиновых отходов и устройство для осуществления способа

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: 18772099

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018772099

Country of ref document: EP

Effective date: 20191021