УСТАНОВКА ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЕРОДОСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ

Полезная модель относится к области термической переработки твердых углеродосодержащих отходов (резины, пластика, медицинских отходов, отходов нефтепереработки и др.), может использоваться в частности для переработки изношенных автомобильных шин методом пиролиза с получением жидкого, газообразного и твердого топливных компонентов.
При пиролизе автомобильные шины разлагаются на углеродосодержащий остаток с металлокордом и парогазовую смесь, в дальнейшем используемые в качестве топлива и сырья в строительстве и в различных энергетических установках. Парогазовая смесь представляет собой пары нефтеобразной жидкости (жидкое пиролизное топливо), пары воды (пиролизная вода) и горючие газы. Горючие газы состоят из смеси газов, выделенных из сырья в процессе пиролиза, а также продуктов горения обратных газов.
Известна установка для термической переработки твердых органических отходов (RU 2393200, МПК C10G 1/10, C10L 5/48, C10B 49/02, C08J 11/00, F23G 5/027, опубл. 27.06.2010 г.), содержащая реактор с реакционной камерой и датчиками контроля массы загружаемых отходов, топку с горелкой для получения газообразного теплоносителя, конденсаторы получаемой в реакторе парогазовой смеси, а также устройства для загрузки отходов и выгрузки твердых углеродистых остатков с приспособлением для их охлаждения, выполненные в виде шлюзовых камер. Установка снабжена барботером-промывателем с гидроциклоном для очистки парогазовой смеси от смолистых и сажистых фракций.
Недостатком установки является использование топки с горелкой для получения газообразного теплоносителя, обеспечивающего разогрев реактора, что приводит к значительному загрязнению атмосферы дымовыми газами, не эффективному использованию получаемого пиролизного газа, снижению производительности технологического процесса установки из-за отсутствия замкнутого цикла термической переработки отходов. Кроме того, в установке не предусмотрена система очистки реактора и шлюзовых камер от сажи, углерода и смолообразующих веществ, скапливающихся и налипающих на их поверхности, вызывающих в том числе ухудшение газодинамики в реакторе, что снижает эффективность работы и срок службы установки.
В качестве ближайшего аналога выбрана установка по переработке изношенных автопокрышек (RU 43546, МПК C10J 3/02, C10G 1/10, опубл. 27.01.2005 г.), содержащая пиролизную камеру (реактор) с загрузочным бункером и дозатором выгрузки обуглероженного остатка и металлокорда, с каналом подвода газа в реактор и каналом отбора газа из реактора, соединенного с циклоном для сбора пыли, каталитическую насадку, теплообменник и сепаратор, выполненный в виде разделительной колонны (колонны тонкой очистки) и каплеотбойника, соединенных с емкостью для сбора пиролизной жидкости, второй циклон для сбора пыли, компрессор (дьмосос) для перекачки газов, выход которого связан с каналом подвода газа в реактор.
Известная установка имеет замкнутый цикл технологического процесса и простую конструкцию, однако характеризуется рядом недостатков.
В установке также не предусмотрена система очищения реактора, загрузочного бункера и дозатора выгрузки от сажи, углерода и смолообразующих веществ, скапливающихся и налипающих на их поверхности в процессе эксплуатации, которая бы обеспечивала быстрое и простое по-технологичности удаление отложений.
В результате непосредственного контакта корпуса реактора с обрабатываемым сырьем, и наличием низкой теплоизоляция корпуса особенно в зоне высоких температур, снижается срок службы работы реактора.
Кроме того, система приема выгруженного обуглероженного остатка и металлокорда не автоматизирована, что снижает эффективность работы установки.
Задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель, состоит в повышении эффективности процесса переработки углеродосодержащих отходов, повышении надежности и срока службы установки.
Решение поставленной задачи в установке для переработки углеродосодержащих материалов, содержащей установленные последовательно реактор с каналом подвода газа, с загрузочным и разгрузочным устройствами, соединенный через канал отбора газа с циклоном для сбора пыли, сепаратор с каплеотбойником, теплообменник и разделительная колонна, связанные с резервуаром для пиролизной жидкости, дымосос, соединенный через газоход с каналом подвода газа в реактор, достигается тем, что разделительная колонна содержит керамические кольцевые насадки, сепаратор конусовидной формы выполнен в виде сепаратора аэрозолей с щеткой для завихрения газовой смеси, на внутренней поверхности реактора и разгрузочного устройства выполнена футеровка.
Кроме того, внутренняя поверхность реактора теплоизолирована, например, шамотным кирпичом.
Кольцевые насадки разделительной колонны выполнены в виде керамических колец Рашига.
В загрузочном, разгрузочном устройствах и реакторе выполнены люки для очищения их от нефтепродуктов.
Загрузочное устройство представляет собой бункер, выполненный в виде камеры со шлюзом.
Разгрузочное устройство представляет собой бункер, снабженный дозирующим устройством.
Разгрузочное устройство и реактор снабжены внешней теплоизоляцией, например, в виде стекловаты.
В разделительной колонне выполнены окна для загрузки керамических колец и форсунки для чистки их от нефтепродуктов.
Установка дополнительно содержит блок механической выгрузки с конвейерной лентой из стальной цепи с лопатками и электрическим приводом.
Блок механической выгрузки может быть снабжен реле времени.
Выход дымососа связан с газораспределителем.
Технический результат настоящей полезной модели заключается в следующем.
Сепаратор аэрозолей с щеткой обеспечивает улавливание паров смолобразующих веществ, размер частиц которых порядка десятых долей микрона, позволяя более качественно удалять сконденсировавшиеся капли жидкости из парогазового потока продуктов пиролиза в сравнении с ближайшим аналогом.
Конусообразная форма сепаратора обеспечивает лучшее завихрение парогазовой смеси и как следствие лучшее разделение газовой и жидкой фаз.
Наличие в технологическом процессе разделительной колонны с керамическими кольцами Рашига улучшает разделение газожидкостной смеси на фракции, повышая выделение жидко-топливного компонента.
Выполнение на внутренней поверхности реактора и разгрузочного бункера футеровки повышает огнестойкость материала и стойкость к действию агрессивных сред, что увеличивает срок служб и надежность установки.
Наличие внутренней теплоизоляции реактора, представляющей собой обкладку его шамотным кирпичом, повышает огнеупорные свойства реактора в зоне сгорания, обеспечивает более эффективный процесс пиролиза сырья по всему объему камеры.
В загрузочном и разгрузочном бункерах, реакторе выполнены люки для чистки их от сажи, углерода и смолообразующих веществ, скапливающихся и налипающих на их поверхности, что обеспечивает эффективность работы установки и увеличивает срок службы.
В установке предусмотрено очищение керамических колец разделительной колонны посредством форсунок от нефтепродуктов, что улучшает эффективность и надежность работы установки.
Наличие внешней теплоизоляции на реакторе и разгрузочном бункере исключает возможность возникновения хлопов в реакторе, вызванных перепадом температур, и увеличивает выход переработанного сырья.
Наличие блока механической выгрузки с конвейерной лентой и электрическим приводом повышает технологичность установки.
Сущность полезной модели поясняется общей схемой установки, представленной на чертеже.
Полезная модель используется для переработки как измельченных, так и цельных шин.
Установка для переработки углеродосодержащих материалов, в том числе изношенных автомобильных шин, содержит соединенные в общую технологическую линию реактор 1 с загрузочным 2 и разгрузочным 3 устройствами, канал отбора 4 пиролизных газов которого соединен с устройством для отделения твердых частиц от газовой смеси - циклоном 5 со сборником пыли 6, сепаратор 7 конусовидной формы с каплеотбойником 8, вертикально установленный теплообменник 9 и связанная с ним разделительная колонна 10, дымосос (вентилятор) 11, обеспечивающий движение газовой смеси, с газораспределителем 12. Часть полученной газовой смеси отводится для сбора и хранения с дальнейшей транспортировкой потребителю, либо выбрасывается в атмосферу, а часть, порядка 50%, по газоходу 13 подается в нижнюю часть реактора 1 для поддержания процесса терморазложения сырья при температуре 450 - 600°С.
Реактор 1 выполнен в виде вертикальной пиролизной камеры с каналом отбора газов 4, выполненным в виде патрубка и расположенным в верхней части камеры, и каналом для подачи 14 газовой смеси в нижнюю часть камеры, соединенным через газоход 13 с дымососом 11. Реактор 1 изнутри обложен шамотным кирпичом для повышения огнеупорных свойств реактора 1 в зоне сгорания. В верхней части реактора 1 выполнен люк для чистки его от остатков сажи, углерода и смолообразующих веществ.
Загрузочное устройство 2 представляет собой бункер, выполненный в виде камеры со шлюзом, обеспечивающей процесс дозированной подачи сырья в реактор 1 без доступа кислорода воздуха.
Разгрузочное устройство 3 представляет собой бункер, снабженный дозирующим устройством, обеспечивающим равномерный сброс твердого углеродосодержащего остатка и металлокорда.
В реакторе 1 и разгрузочном бункере 3 выполнена футеровка внутренней поверхности для повышения огнестойкости материала, а также наружная теплоизоляция, например, из стекловаты.
В загрузочном 2 и разгрузочном 3 бункерах выполнены люки для чистки их от сажи, углерода и смолообразующих веществ, проводимой во время профилактических работ и при аварийных ситуациях.
Сбор и транспортировка углеродосодержащего остатка и металлокорда осуществляется посредством блока механической выгрузки 15 с электрическим приводом, имеющим конвейерную ленту из стальной цепи с лопатками. Блок механической выгрузки 15 может быть снабжен реле времени.
Конусовиднаяя форма центробежного сепаратора 7 обеспечивает лучшее завихрение газовой смеси.
В вертикальном теплообменнике 9 за счет теплообмена с хладагентом -охлаждающей водой происходит охлаждение пиролизного газа с конденсацией капель жидкости, стекающих в резервуар для пиролизной жидкости.
Разделительная колонна 10 представляет собой вертикальный блок с установленными в нем керамическими кольцами Рашига, снабженный окнами 16 для загрузки керамических колец и форсунками для дальнейшего очищения их от нефтепродуктов.
В теплообменнике 9 также установлены форсунки для очищения его от нефтепродуктов.
Выделенное жидкое топливо из разделительной колонны 10 стекает в резервуар для пиролизной жидкости. В пиролизном топливе содержится до 1,5% воды, которая в последствии может быть отделена посредством сепаратора.
Установка работает следующим образом.
Перед началом процесса переработки изношенные автомобильные шины при необходимости подвергаются измельчению.
В загрузочный бункер 2 засыпают сырье - изношенные автомобильные шины. Далее открывают шлюзовой затвор и порция сырья поступает в реактор 1, шлюзовый затвор закрывают. Загрузку реактора 1 осуществляют отдельными порциями по мере уменьшения объема и опускания вниз массы сырья в результате термохимической реакции.
Сырье под своей тяжестью поступает в нижнюю часть реактора 1, где оно постепенно подсушивается поднимающимся вверх нагревающим газом и далее прогревается до температуры разложения сырья, составляющей порядка 450-600°С. Газовый продукт разложения шин (пиролизный газ) уносится общим потоком движущихся вверх газов и поступает из верхней части реактора 1 через патрубок 4 в циклон 5, где осуществляется первичное отделение смол и сажистых частиц из парогазовой смеси, собираемых в сборнике пыли 6.
Затем парогазовая смесь поступает в центробежный сепаратор 7, где осуществляется более тонкая очистка газов от капельной влаги и механических примесей с осаждением в каплеотбойнике 8 жидко-топливного компонента. Попадая в теплообменник 9 парогазовая смесь остывает, и из нее конденсируются высококипящие компоненты и большое количество пиролизной воды. Далее парогазовая смесь попадает в разделительную колонну 10, где конденсируются жидко-топливные компоненты путем прохождения смеси через керамические кольца Рашига, и стекают в резервуар для пиролизной жидкости. Жидко-топливные компоненты из теплообменника 9 также стекают в резервуар для пиролизной жидкости.
Очищенная газовая смесь посредством дымососа 11, обеспечивающего движение газообразного продукта в полостях установки, и газораспределителя 12 делится на два потока. Один поток направляется по газоходу 13 в нижнюю рабочую зону реактора 1 для поддержания процесса пиролиза, второй поток направляется в устройство сбора и хранения газообразного продукта, либо выбрасывается в атмосферу.
Образовавшиеся в процессе пиролиза углеродосодержащий остаток и металлокорд скапливаются в нижней части реактора 1 и периодически выгружаются через разгрузочный бункер 3 на конвейерную ленту блока механической выгрузки 15.
Металлокорд, находящийся в твердом углеродосодержащем остатке, далее извлекается, например, с использованием магнитного сепаратора.
При загрязнении загрузочного 2, разгрузочного 3 бункеров и реактора 1 сажей, углеродом и смолообразующими веществами они очищаются через люки при проведении профилактических работ и аварийных ситуациях