УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ БЫВШИХ В УПОТРЕБЛЕНИИ ИЛИ ИНЫМ ОБРАЗОМ ПОДВЕРГНУВШИХСЯ ДЕГРАДАЦИИ ШИН

Область техники, к которой относится полезная модель
Настоящая полезная модель предлагает устройство для непрерывной термической переработки бывших в употреблении или иным образом подвергнувшихся деградации шин в жидкое топливо, газообразное топливо и непригодную для вторичного использования сталь.
Уровень техники, к которой относится полезная модель
Согласно экспертной оценке проблемы утилизации бывших в употреблении шин, число этих подвергнувшихся деградации шин ежегодно составляет 700 миллионов штук. Проблема переработки выходящих из употребления шин решается с самого начала их применения, но достигнутые до настоящего времени результаты не обеспечивают уровень мощности, требуемый для переработки. Таким образом, бывшие в употреблении шины накапливаются и создают проблему для окружающей среды. Известные в настоящее время технологии сосредоточены в областях, из которых исторически первая представляет собой регенерацию каучука под действием перегретого водяного пара. В результате производятся так называемые продукты регенерации, которые используются в качестве добавок в каучуковую композицию. Однако их производство и ограниченный ряд характеристик по сравнению с первоначальным каучуком, из которого они производятся, препятствуют широкому распространению данной технологии. Другое направление технологии переработки шин сосредоточено на производстве каучуковой крошки, которая находит свое применение/использование в строительстве, а также в других областях, таких как сельское хозяйство или машиностроение. Среди этих технологий существуют относительно хорошо известные технологии, в которых используется глубокое охлаждение жидким азотом, при котором каучук становится хрупким, а затем в этом состоянии он измельчается, как правило, с помощью молотковых мельниц. Аналогичная переработка каучуковых отходов, в процессе которой механический измельчитель обрабатывает глубокозамороженные каучуковые отходы, известна, например, из патента США № 5735471. В других технологиях для получения крошки используются мельницы разнообразных типов. В технологиях обоих типов требуется предварительное отделение опорных частей, в которых содержится стальная проволока, в качестве альтернативы, даже разрезание на мелкие части. Это ограничивает данную технологию комплексной переработки бывших в употреблении шин.
Еще одну процедуру использования бывших в употреблении шин представляет собой их сжигание. По своей теплотворной способности шины находятся на уровне высококачественного каменного угля, но из-за механических свойств, связанных, в частности, с содержанием стальных армирующих деталей, оказывается затруднительным практическое применение посредством сжигания для производства энергии. Печи для сжигания в целях производства тепла и водяного пара, такие как печи для сжигания типа Helnan-Freud, которые эксплуатируются в Великобритании, позволяют сжигать шины целиком, но только в периодическом режиме, поскольку для извлечения стальных армирующих деталей из печи требуется остановка устройства. Таким образом, процесс осуществляется в периодическом режиме. Иной и несколько более современный способ сжигания шин основан на системе мазутных горелок и воздуходувок, что, в сочетании с вращением печи, позволяет увеличивать температуру более чем до 1300°C, и при этом сталь обжигается и не блокирует колосниковые решетки. Пригодность такого железа для повторного применения оказывается нерегулярной.
Относительно безотказный способ использования шин в качестве топлива реализуется в цементных печах. Здесь шины сжигаются целиком, и при этом экономятся другие более дорогостоящие энергоносители. Однако сжигание шин в цементных печах обеспечивает утилизацию только части из их постоянно накапливающегося количества.
Кроме того, чешский патент на полезную модель № 20795 описывает устройство для переработки каучуковых отходов, в частности, шин, посредство физико-химического процесса, который осуществляется, по меньшей мере, в одной газонепроницаемой камере, в которую через питающую трубу поступает агрессивный газ, такой как озон, увлажненный тонкораспыленной водой, выходящей, по меньшей мере, через одно сопло, в которое вода под высоким давлением поступает из резервуара. В этой газонепроницаемой камере устанавливаются рядами друг на друга, напротив по отношению друг к другу, верхние цилиндры и противоположные нижние цилиндры с пространством для перерабатываемых каучуковых отходов. Цилиндры одного из этих рядов являются неподвижными, в то время как цилиндры второго ряда могут вертикально перемещаться под давлением. На стороне впуска газонепроницаемой камеры находится впускное пространство с впускной крышкой, а на стороне выпуска находится выпускное пространство с выпускной крышкой, и при этом оба пространства имеют выпускную трубу с защищающим от взрыва предохранительным затвором для выпуска газа, и они оба отделяются от внутреннего пространства газонепроницаемой камеры внутренними крышками. Недостаток этого устройства представляет собой, в частности, его относительная сложность.
С точки зрения современных технологических знаний, окончательным решением могло бы оказаться использование пиролиза. Надежный пиролитический реактор для переработки отходов, в частности, известен, например, из патентной заявки США № 2011116986 или из международной патентной заявки № WO 9320396.
Однако для пиролиза, который осуществляется в этих устройствах, требуется впуск относительно тонкоизмельченного исходного материала, не содержащего, насколько это возможно, какие-либо инородные примеси, а также необходимо внешнее нагревание реактора. Это измельчение и нагревание оказываются весьма обременительными для экономичности и себестоимости, и, таким образом, производство оказывается убыточным или приносит лишь небольшую прибыль, в результате чего необходимо сделать эти операции экономически самодостаточными.
Сущность полезной модели
Описанные выше недостатки предшествующего уровня техники в значительной степени устраняются посредством устройства для непрерывной переработки бывших в употреблении или иным образом подвергнувшихся деградации шин, которое представляет собой реактор для термического разложения этих изношенных шин на органические продукты разложения в форме низкомолекулярных углеводородов и компоненты остаточных неорганических отходов, согласно настоящей полезной модели, сущность которой заключается в том, что в верхней части реактора создается загрузочная камера с парой загрузочных крышек для заполнения ее внутреннего пространства изношенными шинами, и в нижней части реактора образуется выпускная камера для остаточных неорганических компонентов с парой выпускных крышек, в то время как в нижней части реактора располагаются сопла для образования мягкой газообразной инертной среды посредством окисления непрореагировавших остатков органического вещества, которые в ходе процесса проникают через внутреннее пространство реактора в его нижнюю часть. В верхней части внутреннего пространства реактора под загрузочной камерой затем создается, по меньшей мере, одно выпускное отверстие для этой инертной газообразной среды, которая, вместе с диспергированными в ней органическими продуктами разложения в форме аэрозоля, направляется через сепаратор твердых частиц и холодильник в сепаратор жидких частиц от охлажденного аэрозоля. Сепаратор жидких частиц оборудован первым концевым выпуском жидких частиц в резервуар и вторым работающим в промежутках выпуском газообразных частиц, которые направляются на непосредственное использование энергии посредством сжигания в тепловых машинах, или, согласно традиционному варианту осуществления, они направляются в морозильную камеру для отделения газов, у которых температура конденсации превышает температуру в этой камере, из который выходят второй концевой выпуск оставшейся части несконденсировавшихся в ней газов.
Кроме того, сущность настоящей полезной модели заключается в том, что выпускная камера для остаточных неорганических компонентов, оборудованная парой выпускных крышек, располагается сбоку вне оси реактора, в то время как на оси реактора находится расположенный в его нижней части генератор газообразной инертной среды, а сопла для образования газообразной инертной среды находятся в его внутреннем пространстве, присоединенном к трубе, содержащей регулировочный клапан, для регулирования потока воздуха из внешнего пространства реактора в целях экзотермического нагревания газообразной инертной среды до желательной температуры. Кроме того, оказывается, однако, предпочтительным реактор, оборудованный дополнительным экструзионным приспособлением для выпуска для остаточных неорганических компонентов из нижней части реактора в расположенную сбоку выпускную камеру. Чтобы упрощалось заполнение внутреннего пространства реактора, реактор предпочтительно оборудуется конвейером, который перемещает перерабатываемые шины в его загрузочную камеру.
Благодаря паре загрузочных крышек загрузочной камеры и паре выпускных крышек выпускной камере для остаточных неорганических компонентов, термическое разложение переработанных шин осуществляется в реакторе без доступа воздуха, в то время как в нем гарантируется идеальный теплоперенос к перерабатываемым отходам, и в то же самое время гарантируется идеальный перенос всех образующихся продуктов реакции из его реакционного пространства, даже в ходе всего производственного процесса. Кроме того, устройство согласно настоящей полезной модели позволяет осуществлять другие виды переработки в процессе термического разложения образующихся в результате газообразных и жидких органических продуктов для цели их последующего применения. Кроме того, преимущество устройства согласно настоящей полезной модели заключается в том, что для переработки в данном устройстве бывшие в употреблении или иным образом утратившие потребительские качества шины могут использоваться целиком без какой-либо предварительной обработки.
Описание чертежей
Настоящая полезная модель дополнительно разъясняется посредством схематического чертежа, иллюстрирующего устройство для непрерывной переработки бывших в употреблении или иным образом подвергнувшихся деградации шин согласно примерному варианту осуществления настоящей полезной модели.
Примерный вариант осуществления полезной модели
Устройство для непрерывной переработки бывших в употреблении или иным образом подвергнувшихся деградации шин согласно проиллюстрированному примерному варианту осуществления настоящей полезной модели представляет собой вертикально расположенный реактор 1 для термического разложения этих изношенных шин на органические продукты разложения в форме низкомолекулярных углеводородов и компоненты остаточных неорганических отходов. В верхней части реактора 1 создается загрузочная камера 2 с парой загрузочных крышек 3 для заполнения ее внутреннего пространства изношенными шинами, и в нижней части реактора 1 образуется впускная камера 8 для остаточных неорганических компонентов с парой выпускных крышек 9.
В нижней части реактора 1 находятся расположенные на его стенках сопла 5, которые впускают воздух для образования мягкой газообразной инертной среды посредством окисления непрореагировавших остатков органического вещества из перерабатываемых шин. Выпускная камера 8 для остаточных неорганических компонентов, имеющая пару выпускных крышек 9, располагается сбоку вне оси реактора 1, в то время как на оси реактора 1 находится расположенный в его нижней части генератор газообразной инертной среды, а сопла для образования газообразной инертной среды находятся в его внутреннем пространстве, присоединенном к трубе, содержащей регулировочный клапан, 6 для регулирования потока воздуха из внешнего пространства реактора 1 в целях экзотермического нагревания газообразной инертной среды до желательной температуры.
В верхней части внутреннего пространства реактора 1 под загрузочной камерой 2 затем создается выпускное отверстие 11 для этой инертной газообразной среды, содержащей диспергированные в ней органические продукты разложения в форме аэрозоля.
Кроме того, в устройстве присутствует сепаратор 12 твердых частиц, главным образом, сажи, в который аэрозоль поступает через впускное отверстие 14, причем данный сепаратор 12 оборудован двойным корпусом 13 в целях его воздушного охлаждения. Через выпускное вентиляционное отверстие 15 очищенный от твердых частиц аэрозоль затем выходит из сепаратора 12 и через выпускное отверстие 16 поступает в холодильник 17, оборудованный контуром охлаждения 18, в котором циркулирует охлаждающая вода, и через выпуск конечного материала 19 выходит охлажденный аэрозоль, который через впуск исходного материала 20 поступает в сепаратор 10 жидких частиц.
Сепаратор 10 жидких частиц оборудован первым концевым выпуском 21 жидких частиц в резервуар 22 и вторым работающим в промежутках выпуском 23 газообразных частиц в морозильную камеру 24 для отделения газов, имеющих различные температуры конденсации, т. е. при понижении температуры от -20 до -40°C отделяются газы, у которых температуры конденсации превышают вышеупомянутую температуру.
Реактор 1 также оборудован конвейером 27, который перемещает перерабатываемые шины в его загрузочную камеру 2, и экструзионным приспособлением 7 для выпуска остаточных неорганических компонентов из нижней части реактора 1 в расположенную сбоку выпускную камеру 8.
После загрузки перерабатываемых шин реактор 1 закрывается посредством, по меньшей мере, одной из пары загрузочных крышек 3 и посредством, по меньшей мере, одной из пары выпускных крышек 9. После первоначального нагревания переработанных шин в нижней части реактора 1 посредством пламени или посредством электрического нагревателя до рабочей температуры, составляющей 600°C, начинается реакция, которая осуществляется посредством начала образования газообразной инертной среды в генераторе 4 и посредством включения вытяжного вентилятора, который представляет собой часть сепаратора 10 жидких частиц. С помощью регулировочного клапана 6 устанавливается поток воздуха для окисления содержимого пространства вокруг генератора 4, и в результате этого инертная газообразная среда экзотермически нагревается до температуры, значение которой определяется скоростью воздушного потока посредством регулировочного клапана 6. Эта среда затем проходит через реактор 1 в выпускное отверстие 11 и осуществляет термическое разложение шин, помещенных в данное пространство, в то время как продукты разложения в форме низкомолекулярных углеводородов распределяются в среде в форме аэрозоля.
Непрерывность процесса в данном устройстве согласно настоящей полезной модели обуславливается тем, что когда открывается верхняя крышка, и закрывается нижняя крышка из пары загрузочных крышек 3, конвейер 27 заполняет загрузочную камеру 2 реактора 1 перерабатываемыми шинами, и после этого закрывается верхняя крышка из пары загрузочных крышек 3. Затем содержимое загрузочной камеры 2 посредством открывания нижней крышки из пары загрузочных крышек 3 поступает в реактор 1. Этот процесс заполнения периодически повторяется по мере переработки шин внутри реактора 1. Аналогичным образом, в случае выпуска проволоки и неорганических отходов из реактора 1, когда открывается верхняя крышка, и закрывается нижняя крышка из пары выпускных крышек 9 посредством линейного движения экструзионного приспособления 7, эти неорганические отходы выталкиваются из нижней части реактора 1 в пространство выпускной камеры 8. Затем, когда закрывается верхняя крышка, и открывается нижняя крышка из пары выпускных крышек 9, содержимое выпускной камеры 8 поступает в контейнер, который не проиллюстрирован на чертеже.
Согласно данному примерному варианту осуществления настоящей полезной модели, использовался реактор 1, который имел квадратное основание со стороной 1 м и высоту 4,5 м, и в котором после переработки 1426 кг бывших в употреблении шин были получены следующие продукты: 626 л жидкого топлива, имеющего максимальную расчетную теплотворную способность 34,3 МДж/кг, 170 кг сжиженного газа, 173 кг железа 137 кг золы. В качестве газообразной инертной среды использовалась среда, которая содержала по объему 64% азота, 13,5% диоксида углерода и 0,1% монооксида углерода, причем остальной объем составлял перегретый водяной пар, и температура этой среды составляла 620°C на впуске в реактор и 220°C на выпуске.
Промышленная применимость
Устройство для непрерывной переработки бывших в употреблении или иным образом подвергнувшихся деградации шин может широко использоваться для эффективной организации удаления отходов и их комплексной или, по меньшей мере, частичной переработки в пригодные для дальнейшего применения продукты, включая продукты, подходящие для эксплуатации тепловых машин и для производства тепла.
Список условных обозначений
1 - Реактор
2 - Загрузочная камера
3 - Загрузочные крышки
4 - Генератор теплоносителя
5 - Сопла
6 - Регулировочный клапан
7 - Экструзионное приспособление
8 - Выпускная камера
9 - Выпускные крышки
10 - Сепаратор жидких частиц
11 - Выпускное отверстие
12 - Сепаратор твердых частиц
13 - Двойной корпус
14 - Впускное отверстие
15 - Выпускное вентиляционное отверстие
16 - Впускное вентиляционное отверстие
17 - Холодильник
18 - Контур охлаждения
19 - Выпуск конечного материала
20 - Впуск исходного материала
21 - Первый концевой выпуск
22 - Резервуар жидких частиц
23 - Работающий в промежутках выпуск
24 - Морозильная камера
25 - Второй концевой выпуск
26 - Третий концевой выпуск
27 – Конвейер.