УСТАНОВКА ДЛЯ ПИРОЛИЗА РЕЗИНОСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ

Полезная модель относится к области переработки и утилизации углеводородного сырья методом термической деструкции и может быть использована для пиролиза утильных измельченных автомобильных шин и других, твердых органосодержащих продуктов.
Известно устройство вертикальной печи для термической переработки твердых отходов (а.с. СССР №1679140, МКИ F 23 G 5/027, опубл. 23.09.91, Бюл. №35), содержащей загрузочное устройство, узел выгрузки продуктов пиролиза в виде системы транспортеров и камеру пиролиза разделенные прямоугольной шахтой с перфорированной крышкой для отбора и распределения парогазообразных продуктов. Работает установка следующим образом: исходные отходы с размером не более 200 мм поступают в загрузочное устройство, разделяются на две части, а затем проходят зону сушки и полукоксования. В этих зонах осуществляется последовательно сушка отходов теплоносителем и полукоксование за счет теплоносителя. Процесс сушки осуществляется при температуре 150-200°С, а полукоксование - при 450-650°С. Продукты сушки вместе с теплоносителем отбираются и выводятся из печи. Продукты полукоксования вместе с парами смолы и образовавшимся газом выводят из зоны полукоксования и далее - за пределы печи в систему охлаждения и разделения. Твердые продукты полукоксования отпускаются под действием собственной массы в узел выгрузки, где происходит сортировка твердых кусков. Углеподобная масса (пирокарбон) проваливается через отверстия перфорированных днищ, затем выводятся из печи. Пыль в значительной части отдувается от твердых кусков охлаждающим газом, вводимым в нижнюю часть зоны полукоксования. Этот газ, нагревшись до температуры 600-750°С, поступает в нижнюю часть шахты, где, ударяясь о стенки, теряет твердые частицы и поднимается вверх в
качестве теплоносителя зоны полукоксования. Часть этого теплоносителя проходит в слой отходов в зоне сушки, где смешивается с основной массой теплоносителя. Недостатки тепла для осуществления сушки и полукоксования компенсируются сжиганием части газа. К недостаткам этого способа можно отнести сложность конструктивного оформления, трудоемкость загрузки и выгрузки, низкое качество получаемых продуктов за счет протекания вторичных реакций полимеризации и повышение энергозатрат на проведение этих реакций.
Известно устройство печи для пиролиза изношенных автомобильных шин и способ, реализуемый данным устройством, (заявка Японии 58-24473, МПК С 10 J 3/02, опубл. 21.05.83), включающее вертикальную пиролизную камеру, установленный соосно внутри камеры трубчатый теплообменник, взаимодействующий с механизмом его подъема и опускания, патрубки вывода газообразных продуктов пиролиза, узел вывода твердых остатков пиролиза, в котором пакет шин располагают с внешней стороны трубчатого теплообменника.
Известно устройство печи для пиролиза углеводородного сырья и способ, реализуемый данным устройством (заявка ФРГ 2949983, МПК С 10 В 53/00, 1981), содержащее верхнюю и нижнюю части, соединенные между собой с помощью конического разъемного соединения, установленную в полости верхней части печи с образованием с ее боковыми стенками и потолком общего зазора пиролизную камеру, обращенную вниз открытым торцом, патрубки для подвода и отвода греющего газа и средство для отвода продуктов пиролиза. Недостатком известных устройств и способов, реализуемых в них, являются высокие энергозатраты, сложность конструктивного оформления, трудоемкость загрузки и выгрузки.
Известен реактор для термической переработки полимерных отходов (a.c. CCCP №1713921, МПК C 10 G 1/10, опубл. 23.02.92, Бюл.7), отличительной особенностью которого является наличие винтовой мешалки, установленную по оси реактора.
Известна действующая печь для пиролиза автомобильных шин (патент РФ №2078111, МПК С 10 В 1/4,С 10 G 1/10, С 10 В 53/08, опубл. 27.04.97, Бюл.№12), содержащая пиролизную камеру с каналами отбора газа из пиролизной камеры и подвода теплоносителя в рубашку пиролизной камеры, средство для отбора продуктов пиролиза, устройство охлаждения пиролизного газа, выхлопную трубу. К недостаткам данного способа пиролиза нужно отнести цикличность процесса, что снижает производительность печи, внешний подвод тепла, воздействие высоких температур только по внешнему и внутреннему диаметру шин, трудоемкость загрузки и выгрузки, малый вес загружаемого сырья. Частично эти недостатки компенсируются отсутствием затрат на измельчение шин.
Известна установка для пиролиза измельченного углеводородного сырья, принятая за прототип (патент РФ №2240339, МПК C 10 G 9/14, C 10 G 9/20, С 10 В 1/04, опубл. 2004.11.20), состоящая из печи с топкой в нижней части, внутри печи установлена пиролизная камера, в виде змеевика, с каналами отбора газа из пиролизной камеры и подвода теплоносителя в рубашку пиролизной камеры, средство для отбора продуктов пиролиза, загрузочное устройство, в котором осуществляется предварительный подогрев сырья, емкости для сбора твердых фракций пиролиза, где происходит охлаждение горячих продуктов пиролиза. Однако в известной установке процесс осуществляется циклично, что снижает производительность печи, трудоемкость загрузки и выгрузки, малый вес загружаемого сырья, высокие энергозатраты.
Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель заключается в повышении производительности установки, улучшения качества продуктов пиролиза, снижения энергетических затрат, улучшения экологичности.
Технический результат достигается тем, что в установке для пиролиза резиносодержащих отходов включающей пиролизную камеру с каналами подвода теплоносителя в рубашку пиролизной камеры и отбора газа из
пиролизной камеры, средство для отбора продуктов пиролиза, камеру предварительного подогрева сырья и камеру охлаждения твердых остатков пиролиза, выхлопную трубу, новым является то, что камера предварительного подогрева сырья, пиролизная камера и камера охлаждения остатков пиролиза расположены вертикально и последовательно друг за другом, соединены между собой затворами, при этом камера предварительного подогрева сырья и камера охлаждения остатков пиролиза сообщены с атмосферой, а средство для отбора продуктов пиролиза из пиролизной камеры выполнено с возможностью принудительной эвакуации и сепарации пиролизного газа.
Камера предварительного нагрева сырья сообщена с атмосферой через выхлопную трубу, а камера охлаждения твердых остатков пиролиза через канал сброса пара под уровень воды.
Камера предварительного подогрева сырья, пиролизная камера и камера охлаждения твердых остатков пиролиза снабжены мешалками, а камера охлаждения твердых остатков пиролиза сообщена с системой подачи воды.
Средство для отбора продуктов пиролиза выполнено с возможностью принудительной эвакуации и сепарации пиролизного газа и содержит, например, эжектор, центрабежный сепаратор и, кроме того, включает циклон.
Для перепуска теплоносителя для предварительного подогрева сырья рубашка пиролизной камеры сообщена с камерой предварительного подогрева сырья.
Затворы, соединяющие камеру предварительного подогрева сырья, пиролизную камера и камеру охлаждения остатков пиролиза, выполнены дисковыми.
Сущность полезной модели поясняется на фиг.1, где: 1 - камера предварительного подогрева сырья; 2 - пиролизная камера; 3 - камера охлаждения твердых остатков пиролиза; 4 - теплогенератор; 5 - клапан загрузочный; 6 - верхний затвор пиролизной камеры; 7 - нижний затвор пиролизной камеры; 8 - клапан выгрузки твердого остатка пиролиза; 9 - мешалка
камеры предварительного подогрева сырья; 10 - мешалка пиролизной камеры; 11 - мешалка камеры охлаждения твердых остатков пиролиза; 12 - циклон выгрузки пылевидных частиц твердого остатка пиролиза; 13 - блок, включающий эжектор и сепаратор для принудительной эвакуации поролизного газа; 14 - электроклапан байпасный; 15 - клапан перепуска теплоносителя; 16 - канал подвода теплоносителя в рубашку пиролизной камеры; 17 - канал входа теплоносителя в камеру предварительного подогрева сырья; 18 - выхлопная труба продуктов сгорания; 19 - канал впрыска воды для охлаждения твердых остатков пиролиза; 20 - канал сброса пара под уровень воды; 21 - канал отбора газа из пиролизной камеры; 22 - канал выхода теплоносителя из рубашки пиролизной камеры для перепуска в камеру предварительного нагрева 1; 23 - канал, сообщающий камеру предварительного подогрева сырья 1 с атмосферой.
Установка для пиролиза резиносодержащих отходов включает вертикально и последовательно расположенные друг за другом камеру предварительного подогрева сырья 1, пиролизную камеру 2 с каналами 16 и 21, соответственно, подвода теплоносителя в рубашку пиролизной камеры 2 и отбора газа из пиролизной камеры 2, камеру охлаждения твердых остатков пиролиза 3, выхлопную трубу 18. Камера предварительного подогрева сырья 1 расположена сверху пиролизной камеры 2, а камера охлаждения остатков пиролиза 3 снизу ее. Камеры 1, 2 и 3 соединены между собой дисковыми затворами 6 и 7. Камера предварительного подогрева сырья 1 имеет загрузочный клапан 5, а камера охлаждения твердых остатков пиролиза 3 имеет клапан 8 выгрузки твердого остатка пиролиза.
Камера предварительного нагрева сырья 1 сообщена с атмосферой через выхлопную трубу 18, посредством канала 23, а камера охлаждения твердых остатков пиролиза сообщена с атмосферой через канал 20 сброса пара под уровень воды. Средство для отбора продуктов пиролиза из пиролизной камеры выполнено с возможностью принудительной эвакуации и
сепарации пиролизного газа, например с помощью эжектора и сепаратора, входящих в блок 13 и, кроме того, включает циклон 12.
Камера предварительного подогрева сырья 1, пиролизная камера 2 и камера охлаждения твердых остатков пиролиза 3 снабжены мешалками, соответственно 9, 10, 11, камера охлаждения твердых остатков пиролиза 3, сообщена каналом 19 с системой подачи воды, а внутри нее имеются форсунки для распыливания воды внутри камеры 3 (на фигуре не показаны).
Для перепуска теплоносителя для предварительного подогрева сырья рубашка пиролизной камеры 2 сообщена с камерой предварительного подогрева сырья 1 посредством каналов 22 и 17 через регулирующий клапан 15. Кроме того, пиролизная камера 2 сообщена с выхлопной трубой 18 посредством канала 22 и байпасного электроклапана 14.
Установка работает следующим образом.
Очищенные от посторонних включений и измельченные утильные автомобильные шины до размеров 50-100 мм из сырьевого отделения загрузочным устройством подаются в камеру предварительного подогрева сырья 1 через открытый загрузочный клапан 5 при работающей мешалке 9. После подогрева сырья теплоносителем сырье при закрытом клапане 5 через открытый верхний дисковый затвор 6 пиролизной камеры 2 при включенной мешалке 10 поступает в пиролизную камеру 2, нагреваемую теплоносителем, поступающим от теплогенератора 4 при закрытом дисковом затворе 6. Во время проведения пиролиза кусков резины в пиролизной камере 2 в камеру предварительного подогрева сырья 1 вновь загружается кусковая резина и к моменту окончания пиролиза в пиролизной камере 2 подогревается теплоносителем поступающим через каналы 22 и 17 через регулирующий клапан 15. Подогрев сырья производится до температуры ~180°С, а пиролиз сырья при температуре ~500°С. Во время пиролиза резины из пиролизной камеры 2 проводится принудительный отбор газов через циклон 12, посредством, например, эжектора и сепаратора (блок 13), при этом автоматически поддерживается давление в пиролизной камере 2 равным
атмосферному. Циклон 12 служит для отделения твердых частиц сажи, уносимых вместе с удаляемыми газами из пиролизной камеры 2.
После окончания пиролиза сырья в пиролизной камере 2, снижают теплопроизводительность теплогенератора 4, открывают дисковый затвор 7 пиролизной камеры 2 и сгружают твердый остаток пиролиза в камеру охлаждения 3 при работающей мешалке 11. После окончания выгрузки и закрытия клапана 8 через канал 19 производятся циклические кратковременные впрыски воды для избежания резких скачков давления в камере 3 и более равномерного охлаждения твердых продуктов пиролиза. Образовавшийся в камере 3 водяной пар сбрасывается по каналу 20 сброса пара под уровень воды в емкость оборотного водоснабжения, где и конденсируется. В это время уже подогретое сырье вновь сбрасывается в свободную пиролизную камеру 2 и цикл пиролиза повторяется.
Охлажденный до температуры 110-120°С твердый остаток пиролиза через клапан 8 выгружается и доставляется в отделение предтоварной подготовки (на схеме не показано), где отделяется металлокорд, проводится измельчение технического углерода до необходимых грану лометрических составов и его упаковка.
В предлагаемой установке для пиролиза резиносодержащих отходов процесс пиролиза осуществляется путем термического разложения в герметичной пиролизной камере 2, нагрев его до температуры термического разложения, сепарацию паров пиролизной жидкости, образовавшихся в процессе термического разложения, удаление из пиролизной камеры и охлаждение твердых остатков пиролиза. Для предварительного нагрева сырья используется тепло уходящих продуктов сгорания природного газа от теплогенератора 4, что повышает эффективность установки и исключается проскок атмосферного воздуха в пиролизную камеру 2 при выгрузке подогретого сырья, т.к. выгрузка производится при закрытом верхнем дисковом затворе бив среде продуктов сгорания природного газа.
Для ускорения подвода тепла к сырью и отвода тепла при охлаждении продуктов его разложения используется принудительное перемешивание кусков резины, такое перемешивание способствует интенсификации процессов теплообмена.
Механическое перемешивание кусков резины производится и в камере предварительного подогрева сырья 1 мешалкой 9, что способствует интенсификации предварительного подогрева, позволяет избежать местных перегревов сырья, способствует более рационально использовать весь объем камеры предварительного подогрева 1 при его заполнении свежим сырьем.
Для охлаждения твердого остатка пиролиза в камере охлаждения твердых остатков пиролиза 3 используется вода, подаваемая через канал 19 в форсунки, и механическое перемешивание твердого остатка пиролиза мешалкой 11, что способствует равномерному охлаждению твердого остатка пиролиза и исключению образования местных перегретых зон в твердом остатке, которые могут стать источниками самовозгорания при выгрузке твердого остатка пиролиза.
Для устранения перетечек паров пиролизной жидкости из камеры пиролиза в камеру предварительного нагрева сырья 1 и в камеру охлаждения твердых остатков пиролиза 3, во всех камерах поддерживается давление, равное атмосферному, для чего камера предварительного нагрева сырья 1 сообщена с атмосферой через выхлопную трубу 18, а камера охлаждения твердых остатков пиролиза 3 - через канал 20 сброса пара под уровень воды, В камере пиролиза 2 атмосферное давление поддерживается за счет принудительной эвакуации и сепарации пиролизного газа. Кроме того, камеры разделены дисковыми затворами 6 и 7.
В камере предварительного подогрева сырья 1, в пиролизной камере 2, в камере охлаждения твердых остатков пиролиза 3 последовательно осуществляются процессы предварительного нагрева сырья, собственно пиролиза и охлаждения твердых остатков пиролиза. Технологически процессы
предварительного нагрева, пиролиза и охлаждения твердых остатков ведутся одновременно и независимо друг от друга, чем достигается высокая производительность.
Предварительный нагрев утилизируемого сырья внутренним подводом тепла уходящих продуктов сгорания после их использования для пиролиза повышает экономичность печи, сокращает время пиролиза уже подогретого сырья, препятствует проскоку атмосферного воздуха в камеру пиролиза при ее загрузке.
Применение во всех трех камерах установки мешалок 9, 10, 11 способствует интенсификации процессов теплообмена, чем достигается высокая эффективность установки и улучшается качество получаемых продуктов пиролиза.
Применение системы принудительной эвакуации и сепарации пироизного газа позволит поддерживать в пиролизной камере атмосферное давление, избежать вторичного крекинга продуктов пиролиза и дополнительных энергозатрат на его проведение. Применение водяного охлаждения твердых остатков пиролиза способствует увеличению пористости получаемого технического углерода, т.е. его адсорбционных свойств.
Таким образом, в предлагаемой установке для пиролиза резиносодержащих отходов этапы предварительного нагрева сырья, собственно пиролиза и охлаждения твердых продуктов пиролиза проводятся одновременно и независимо друг от друга, что делает процесс переработки сырья непрерывным и повышает производительность установки, повышается качество продуктов пиролиза, уменьшаются затраты энергии, и кроме того улучшаются экологические показатели.