УСТАНОВКА ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ РЕЗИНОСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ

Известны способы и установки переработки и утилизации резиносодержащих отходов, и, в первую очередь, изношенных автопокрышек [1].
Использование их в качестве твердого топлива нецелесообразно по следующим причинам: сжигается добротное сырье с малым экономическим эффектом, при сжигании образуются вещества загрязняющие и отравляющие окружающую среду, в том числе значительное количество золы.
Регенерация отходов (рециклинг) сырой резины не совершенна, продукт получается низкого качества и не пользуется спросом.
Большинство отходов измельчают до мелкой крошки (менее 5 мм) и используют для изготовления покрытий, засыпки стадионов и др. Однако, это не является в прямом смысле утилизацией (рециклингом) т.к. после использования и износа требуется их переработка. Таким образом, это лишь откладывает утилизацию на некоторое время.
Известен и широко рекламируется пиролиз (термолиз) резины в закрытых реакторах [2]. В результате получают некоторое количество нефтеподобного продукта (синтетическая нефть), сажу или полукокс и небольшое количество углеводородного газа, используемого для производства того же пиролиза.
Синтетическая нефть находит применения, в основном для переработки, как и природная нефть. Сажа (полукокс) используется как дешевое, очень зольное топливо.
В техническом углероде адсорбировано значительное количество масел, из-за чего светопропускание его толуольного экстракта находится на уровне 50-75%, что значительного ниже допустимой нормы. Отжиг полукокса для получения качественного, дорого продукта по современным технологиям возможен, но он требует нагрева до температур значительно выше 1000°С, что дорого и сложно. В установках пиролиза резины при температуре выше 400°С и длительного времени пребывания в реакторе, содержащиеся в резине пластификаторы - масла подвергаются термическому крекингу с выходом кокса, последний в составе технического углерода делает его неприемлемым для вторичного использования в производстве резины.
Существует «Устройство для термического отжига технического углерода» при доступной температуре около 400°С [4].
Это устройство хорошо работает в совокупности с низкотемпературным термолизом (350-400°С), что было четко показано на пилотной установке производительностью до 300 кг резины в сутки [5, 6, 7].
При этом получена товарная сажа (технический углерод), пригодный для использования при производстве резинотехнических изделий (автопокрышек и др.), лакокрасочных покрытий, полимерных продуктов, адсорбентов и др. Светопропускание толуольного экстракта технического углерода получено в пределах 97-99%. К недостаткам указанных видов термолиза можно отнести:
- Сложность установок, требующих циркуляции в качестве «растворителя» бензиновых фракций или воды, что требует затрат тепла на испарение
- Наличие таких сложных и дорогих агрегатов как огневые трубчатые печи, ректификационные колонны и др;
- Высокое давление в реакторе.
К достоинству «Процесса и установки по переработке резинотехнических отходов [7] следует отнести простое и надежное конструктивное решение реакторного узла - органически связанных реактора термолиза, реактора «облагораживания» технического углерода и газо-пылевого фильтра, а также низкое давление в реакторе (близкое к атмосферному) и непрерывность процесса.
Предлагаемая модель лишена указанных недостатков за счет:
- Использования удачного взаимодополняющего сочетания двух реакторов и фильтра (как в [7]);
- Замену циркулирующей бензиновой фракции циркулирующим абгазом конденсатора жидких продуктов реакции после сжатия его в компрессоре;
- Использованием циркулирующего абгаза для обратной импульсной продувки фильтрующих элементов газопылевого фильтра;
- Низкого давления в реакторе (как в [7]);
- Непрерывность процесса переработки (как в [4, 5, 6, 7]);
- Отсутствие таких сложных и дорогих агрегатов как огневая трубчатая печь и ректификационная колонна.
На фиг.1 представлена схема установки по переработке резиносодержащих отходов, например, использованных автомобильных покрышек. На фиг. представлено поперечное сечение фильтра.
1. Реактор термолиза;
2. Сырье;
3. Система нагрева реактора;
4. Спираль;
5. Рукавный газопылевой фильтр с короткоимпульсной продувкой;
6. Теплообменник;
7. Конденсатор;
8. Хладагент: вода или воздух;
9. Конденсат;
10. Синтетическая нефть;
11. Вода или воздух;
12. Газ, циркулирующий через реактор термолиза;
13. Газовый компрессор;
14. Абгаз;
15. Водяной или воздушный холодильник;
16. 3-х фазный сепаратор;
17. Конденсат;
18. Фильтрующий элемент рукавного фильтра с обратной короткоцикловой продувкой;
19. Реактор облагораживания в виде спирального транспортера;
20. Воздух;
21. Воздушный компрессор;
22. Технический углерод;
23. Хладагент - воздух или вода, снимающий излишки тепла с технического углерода через стенку реактора 19;
24. Мотор - редуктор;
25. Шлюзовые питатели;
26. Регулятор расхода;
27. Регулятор давления «до себя»;
28. Сброс газа;
29. Азот;
30. Электромагнитные клапаны;
31. Слив конденсата Н20;
32. Азотная установка.
Работу установки поясняем на примере переработки фрагментов автопокрышек или какого-либо другого резиносодержащего сырья. Сырье должно быть измельчено до размера пропускной способности реактора термолиза или, в зависимости от требований к продуктам термолиза, до размера 5-6 мм, с тем, например, чтобы удалить из сырья корды.
Таким образом, на вход в реактор термолиза 1 поступает резиновая крошка 2, где при температуре 350-400°С и давлении до 0.5 МПа проходит терморазложение сырья. Нагрев производят путем подвода тепла к наружным стенкам реактора 1 за счет электронагрева 3.
Внутри реактора вращается спиральная пружина 4, обычно прямоугольного сечения, и таким образом, реактор представляет собой спиральный транспортер. Движителем сырья и твердых продуктов термолиза является спираль 4.
Продукты разложения сырья: твердые (технический углерод) и газообразные (в т.ч. углеводороды) разделяются в рукавном фильтре 5.
В качестве рукавного фильтра пригодного для работы при температуре термолиза резины предалгается использовать рукавный фильтр из нержавеющей металлической сетки ГОСТ 3187-76 с обратной короткоимпульсной продувкой [7, 8].
Твердый продукт - твердую сыпучую фракцию в виде порошка технического углерода (сажи) направляют в реактор облагораживания технического углерода 19 для очистки от жидких углеводородов, а газообразные продукты через теплообменник 6 в конденсатор 7, представляющий собой вертикальный трубчатый теплообменник, в межтрубное пространство которого подают хладоагент - воду или воздух, а нижняя часть корпуса конденсатора используется в качестве накопителя, где вследствие охлаждения водой или воздухом 8, образующийся конденсат 9 отводится в виде продукта: синтетической нефти 10 и абгаза 14.
Абгаз 14 сжимают компрессором 13, охлаждают в водяном или воздушном холодильнике 15, в который поступает хладоагент - вода или воздух 11, отделяют от конденсата 17 в трехфазном сепараторе 16. Затем через теплообменник 6 циркулирующий газ 12 направляют на вход в реактор 1, где он служит выносителем углеводородных продуктов - масел мягчителей резины. Часть газа используют в качестве обратной продувки через электромагнитные клапана 30 в фильтр 7 для регенерации фильтрующих элементов 18.
Углеводородный конденсат 17, состоящий из бензиновой фракции, сбрасывают в интетическую нефть (10), а водяной конденсат 31 в канализацию. Твердый продукт термолиза - технический углерод направляют в реактор облагораживания 19, где освобождают от адсорбированных углеводородов - тяжелых масел путем десорбции дымовыми газами, полученными при температуре 400°С при отжиге остаточных углеводородов кислородом воздуха 20, подаваемого воздушным компрессором 21. Остатки углеводородов выжигают при 400-500°С кислородом воздуха, который подают в конец реактора облагораживания.
Облагороженный технический углерод 22 охлаждают воздухом или водой 23 через стенки реактора 19 и направляют в товарный парк.
Привод вращения спиралей реакторов осуществляют мотор - редукторами 24.
Т.к. в реакторной группе (состоящей из реакторов 1 и 19, фильтра 5) и конденсаторе 7 желательно поддерживать небольшое давление (до 0.5 МПа) ввод сырья и вывод товарного технического углерода производят через шлюзовые питатели 25.
Регулирование давления в реакторной группе производят регулятором давления 27 («до себя») за счет сброса балансового количества газа 28, образовавшегося в результате термолиза и отжига технического углерода.
Регулирование циркуляции газа через реактор термолиза 1 осуществляют регулятором расхода 26.
При пуске установки осуществляют заполнение ее азотом 29 из азотной установки 32.
Пилотная установка, воспроизводящая схему предлагаемой модели успешно работала в течение продолжительного времени. Ее производительность достигала 360 кг сырья в сутки. Основные агрегаты установки и оба реактора и (фильтр показали стабильную работу. Полученные продукты - синтетическая нефть и технический углерод исследовались в отраслевых лабораториях и по техническим характеристикам признаны пригодными для использования в вышеуказанных отраслях промышленности.
В частности, синтетическая нефть оказалась малосернистой (-0.5% S) и маловязкой, а технический углерод с низким содержанием жидких углеводородов (светопропускание 98-99%)
Использованная литература:
1. http://www.etrma.org/pdf/20101220%20Brochure%20ELT_2010_final%20version.pdf
2. http://mangeta07.ru/sfery_primenemya_rezino
3. A.B.Макаров. «Некоторые аспекты рециклинга изношенных автомобильных покрышек методом пиролиза. Вестник ТОГУ. 2008. N1(8)»;
4. Патент РФ №102615 (06.10.2010) «Устройство для термического отжига технического углерода»;
5. Патент РФ №2220986 (24/04/2008). «Способ переработки резиносодержащих отходов»;
6. Патент РФ №2352600 (27.12.2006) «Способ производства технического углерода, компонентов углеводородных топлив и сырья для химической промышленности из сырья - резиносодержащих отходов»;
7. Заявка на патент РФ №2010120317 (21.05.2010).