СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
METHOD OF OBTAINING SORBENT OF ORGANIC COMPOUNDS

Изобретение относится к способам получения сорбентов органических соединений из углеродного остатка, образующегося в процессе пиролиза резиносодержащих отходов, в том числе изношенных автомобильных шин.
Известен способ получения сорбента органических соединений из углеродного остатка, образующегося в процессе пиролиза резиносодержащих отходов, в том числе изношенных шин (патент РФ №2287484 С1, кл. С01В 31/10, опубл. 20.11.2006, бюл. №32), включающий охлаждение углеродного остатка от температуры 450-500°С до 150-200°С путем подачи воды, его активацию водяным паром, при этом перед подачей охлаждающей воды углеродный остаток подвергают активации водяным паром, подаваемым от стороннего источника в течение не менее 10 мин, а подачу охлаждающей воды осуществляют в несколько ступеней из расчета не менее 0,12 л на 1,0 кг остатка, при этом перерывы между ступенями составляют не менее 10 мин, в течение которых осуществляется постепенная активация углеродного остатка паром, образовавшимся на предыдущих ступенях охлаждения, а суммарное количество охлаждающей воды на всех ступенях охлаждения, приходящееся на 1 кг углеродного остатка, не должно превышать 0,5 л.
Однако этот способ имеет недостаточную эффективность охлаждения и активации углеродного остатка, связанную с низкой эффективностью взаимодействия углеродного остатка с водой и водяным паром, подаваемыми в пиролизную камеру, и водяным паром, образующимся при охлаждении углеводородного остатка водой, подаваемой в камеру.
Технический результат изобретения - повышение эффективности взаимодействия углеродного остатка с водой и водяным паром, подаваемыми в пиролизную камеру, и водяным паром, образующимся при охлаждении углеродного остатка водой, подаваемой в камеру, за счет периодического изменения давления парогазовой среды в пиролизной камере и твердом углеводородном остатке.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения сорбента органических соединений, включающем пиролиз резиносодержащих отходов, в том числе изношенных шин с получением углеродного остатка, активацию углеродного остатка водяным паром, подаваемым в пиролизную камеру снизу от стороннего источника в течение не менее 10 мин, охлаждение углеродного остатка от температуры 450-500°С до температуры 150-200°С с дополнительной его активацией за счет периодической подачи сверху в пиролизную камеру воды в несколько ступеней в количестве не менее 0,12 л на 1,0 кг остатка, с перерывами между ступенями не менее 10 мин и суммарном количестве охлаждающей воды на всех ступенях охлаждения, не превышающем 0,5 л на 1 кг углеродного остатка, процесс осуществляют в пиролизной камере, внутреннее пространство которой связано трубопроводом с одной из полостей нагнетательного пневмоцилиндра, вторая полость которого связана с атмосферой, а поршень со штоком которого жестко соединены со штоком и поршнем силового пневмоцилиндра двухстороннего действия, при этом процесс осуществляют при периодическом изменении давления в пиролизной камере на 10-30% от номинального давления с периодом, равным 0,5-3,0 мин.
На чертеже схематично изображена установка для проведения способа получения сорбента органических соединений из углеродного остатка, образующегося в процессе пиролиза резиносодержащих отходов, в том числе изношенных шин.
Установка содержит пиролизную камеру 1, в которую по каналу 2 через затвор 3 поступают разрезанные на куски изношенные шины 4. После завершения процесса пиролиза изношенных шин в пиролизную камеру подают воду через вентиль 5, а водяной пар - через вентиль 6. Активированный углеродный остаток из пиролизной камеры удаляют через затвор 7 по каналу 8. Внутреннее парогазовое пространство пиролизной камеры 1 соединено трубопроводом 9 с одной полостью нагнетательного пневмоцилиндра 10, а другая полость этого пнемоцилиндра соединена с атмосферой. Поршень 11 со штоком 12 нагнетательного пневмоцилиндра жестко соединены со штоком 13 и поршнем 14 силового пневмоцилиндра 15.
Способ осуществляется следующим образом.
Сырье подают в пиролизную камеру 1 по каналу 2 после открытия затвора 3, затем осуществляется процесс пиролиза. Получившийся углеродный остаток охлаждают в пиролизной камере от температуры 450-500°С до 150-200°С путем подачи воды через вентиль 5 и активируют водяным паром, подаваемым через вентиль 6. При этом перед подачей охлаждающей воды углеродный остаток подвергают активации водяным паром, подаваемым от стороннего источника через вентиль 6 в течение не менее 10 мин, а подачу охлаждающей воды через вентиль 5 осуществляют в несколько ступеней из расчета не менее 0,12 л на 1,0 кг остатка, при этом перерывы между ступенями составляют не менее 10 мин, в течение которых осуществляется постепенная активация углеродного остатка паром, образовавшимся на предыдущих ступенях охлаждения. Суммарное количество охлаждающей воды на всех ступенях охлаждения, приходящееся на 1 кг углеродного остатка, не должно превышать 0,5 л, и в процессе активации углеродного остатка в пиролизной камере водяным паром, подаваемым от стороннего источника, и в процессе подачи охлаждающей воды, осуществляемой в несколько ступеней, с перерывами, в течение которых осуществляется постепенная активация углеродного остатка паром, образовавшимся на предыдущих ступенях охлаждения, периодически изменяют давление парогазовой среды в пиролизной камере 1 и твердом углеводородном остатке 4 путем периодического перемещения поршня 11 нагнетательного пневмоцилиндра 10 вперед-назад, соединенного одной полостью через трубопровод 9 с внутренним парогазовым пространством пиролизной камеры, а другой полостью - с атмосферой. Перемещение поршня 11 со штоком 12 нагнетательного пневмоцилиндра 10 осуществляется с помощью соединенного с ним штока 13 с поршнем 14 силового пневмоцилиндра 15 двухстороннего действия, использующего сжатый воздух от компрессора, что обеспечивает периодическое изменение порового давления в каждой точке углеродного остатка 4 в пиролизной камере 1.
В пиролизной камере снизу вверх перемещается водяной пар при активации углеродного остатка паром, подаваемым из другого источника, а вода подается на верхние слои и самотеком перемещается в более нижние слои углеродного остатка, охлаждает углеродный остаток и превращается в пар, который поднимается вверх.
Перемещение водяного пара вверх через углеродный остаток и перемещение воды вниз не может быть полностью распределенным по горизонтальным сечениям пиролизной камеры. Водяной пар и вода создают «ручейки» пара, перемещающегося снизу вверх, и ручейки воды, перемещающейся сверху вниз. Но между этими ручейками водяного пара и воды находятся пористые объемы углеродного остатка с поровым давлением, в которых, например, имеются каналы, расположенные горизонтально. Чтобы газы и водяной пар из замкнутых объемов (пор) углеродного остатка в пиролизной камере приобрели движение в горизонтальных плоскостях, необходимо периодически изменять давление водяного пара и воды в каждой точке обрабатываемого материала путем изменения давления парогазовой смеси в пиролизной камере с помощью нагнетательного цилиндра.
В результате подвода в пиролизную камеру периодически изменяющегося давления в каждой точке вертикального «ручейка» водяного пара или воды непрерывно изменяется давление и создаются горизонтальные «ручейки» водяного пара или воды. Период изменения давления водяного пара и газа с помощью нагнетательного цилиндра находится в пределах 0,5-3 мин. Амплитуда периодических колебаний давления в пиролизной камере составляет (10-30)% от номинального значения давления в камере.
Пример. Получение сорбента органических соединений после пиролиза изношенных шин по прототипу и заявляемому способу проводится в соответствии с данными таблицы 1. Обработка углеродного остатка содержит 6 ступеней: одна ступень обработки паром и пять ступеней обработки водой. Время обработки углеродного остатка по прототипу составляет 80 (15+10+10+15+15+15) мин, а по заявляемому способу - 54 (10+7+7+10+10+10) мин, что составляет 67,5% от длительности получения сорбента по прототипу. Получение сорбента органических соединений по прототипу проводится при давлении, равном 5000 Па (500 мм вод. ст.), а по заявляемому способу - при давлении, которое изменяется в пределах 20% от номинального значения, то есть от 4000 до 5000 Па (от 400 до 500 мм вод. ст.). Период изменения давления в пиролизной камере составляет 72 с (1,2 мин).
Таблица 1
Наименование параметров
Ступени обработки углеродного остатка
Паром
1. Водой
2. Водой
3. Водой
4. Водой
5. Водой
Все ступени обработки
Количество воды, подаваемой на каждой ступени обработки углеродного остатка, л
24
24
22
22
22
112,8 (0,47 кг воды на 1 кг остатка)
Время обработки углеродного остатка, мин
По прототипу
15
10
10
15
15
15
80
По заявляемому способу
10
7
7
10
10
10
54
Показатели испытания полученных сорбентов по прототипу и по заявляемому способу в сопоставлении с применяемым в настоящее время сорбентом «Сорбойл» представлены в таблице 2.
Таблица 2
Наименование показателя
«Сорбойл»
Сорбент, поученный по прототипу
Сорбент, полученный по заявляемому способу
Нефтесорбционная способность, кг/кг сорбента
До 2
2,3
2,4
Скорость поглощения, кг/кг мин
Удовл.
Удовл.
Удовл.
Водопоглощение, кг/кг сорбента
0,2
Отсутств.
Отсутств.
Как видно из результатов, сорбент органических соединений, полученный по заявляемому способу, не отличается от сорбента, полученного по прототипу. Однако при получении сорбента органических соединений по заявляемому способу время обработки углеродного остатка паром и водой на 32,5% меньше времени обработки сорбента по прототипу.
Таким образом, заявляемый способ получения сорбента органических соединений из углеродного остатка, образующегося в процессе пиролиза резиносодержащих отходов, в том числе изношенных шин, повышает эффективность взаимодействия углеродного остатка с водой и водяным паром, подаваемыми в пиролизную камеру, за счет периодического изменения давления парогазовой среды в пиролизной камере и твердом углеводородном остатке.