УСТАНОВКА ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ИЗНОШЕННЫХ ШИН

Полезная модель относится к технологии переработки органических промышленных и бытовых отходов резинотехнической промышленности, в частности к установкам для утилизации изношенных автомобильных шин, сальников, шлангов и других резинотехнических отходов.
Известна установка для переработки углеводородного сырья, содержащая оборудованный источником обогрева вертикально расположенные реакторы для пиролиза со сменными решетчатыми многоярусными стеллажами, систему отвода продуктов пиролиза, содержащую трубопровод, соединяющий пиролизную камеру с теплообменником, систему, изменяющую качественные показатели продуктов пиролиза, систему разделения парогазообразных продуктов пиролиза, при этом основной трубопровод системы отвода парогазообразных продуктов пиролиза соединяет непосредственно каждую пиролизную камеру с ректификационной колонной и снабжен поворотными патрубками, установленными на каждой пиролизной камере, а трубопровод, соединяющий пиролизную камеру с теплообменником (см. патент на изобретение RU №2348676, Кл. С10G 1/10, опубл. в 2009 году). Производительность этой установки ограничена высотой вертикально расположенной пиролизной камеры, при этом автоматизация процесса осложнена необходимостью использования сменных пиролизных камер, в каждую из которых загружают стеллаж с шинами перед началом ее нагревания.
Известна установка для переработки резиносодержащих или смеси резиносодержащих и полимерных отходов, содержащая узел термического разложения отходов на парогазовую смесь и твердый остаток, выполненный в виде наклонной печи туннельного типа с транспортирующим устройством, соединенный с узлом предварительной подготовки отходов, включающим шлюзовую камеру с узлами подачи газа на продувку и отвода газа после продувки и задвижками с приводом на входе и выходе и камеру пропитки отходов углеводородным растворителем с узлами подачи и отвода растворителя, узлом отвода паров и узлом отвода отходов после пропитки со шнековым транспортером, узлом нагрева углеводородсодержащего газа, состоящим из топки и теплообменника, системой выделения углеродсодержащего продукта, включающей сборник твердого остатка, шлюзовый приемник с охлаждающей рубашкой, верхней и нижней заслонками с приводом и узлами подачи газа на продувку и отвода газа после продувки, соединенного с трубопроводом подачи газа после продувки в топку, устройство транспортировки твердого остатка и узел разделения металлокорда и технического углерода, и системой фракционирования парогазовой смеси, включающей конденсатор первой ступени и сепаратор первой ступени, снабженный трубопроводами отвода тяжелой углеводородной фракции и вторичной парогазовой смеси, конденсатор второй ступени и сепаратор второй ступени, снабженный трубопроводами отвода средней углеводородной фракции и третичной парогазовой смеси и системой рециркуляции средней углеводородной фракции с устройством для перекачки, соединенной с узлами подачи и отвода растворителя камеры пропитки узла предварительной подготовки отходов, конденсатор третьей ступени и сепаратор третьей ступени, снабженный трубопроводами отвода легкой углеводородной фракции и углеводородсодержащего газа с центробежным вентилятором, при этом узел отвода газа после продувки шлюзовой камеры соединен трубопроводом с топкой, узлы подачи газа на продувку шлюзовой камеры и шлюзового приемника снабжены трубопроводами подачи воздуха, а трубопровод углеводородсодержащего газа соединен, по меньшей мере, с топкой, теплообменником, а также узлами подачи газа на продувку шлюзовой камеры узла предварительной подготовки отходов и шлюзового приемника системы выделения углеродсодержащего продукта (см. патент на изобретение RU №2291168, Кл. С08J 11/04, oп. в 2007 г.). Эта установка оснащена шлюзовыми камерами, обеспечивающими герметизацию пиролизной печи от окружающего пространства, но сложная конструкция установки при необходимости предварительного измельчения шин ограничивает ее применение для утилизации изношенных шин.
Известно устройство для переработки изношенных шин, содержащее несколько камер пиролиза с конусной и цилиндрическими частями, транспортер, СВЧ-излучатели и разгрузочное устройство, при этом камеры пиролиза соединена с газоотводной сильфонной трубой, сообщенной с трубой отвода газообразных продуктов, а СВЧ-излучатели установлены на середине высоты цилиндрической части каждой камеры пиролиза снаружи равномерно по окружности, а на конусной части каждой камеры пиролиза снаружи установлены диаметрально противоположно по две форсунки для подачи перегретого водяного пара, центральные продольные оси обеих форсунок каждой камеры пиролиза расположены под углом 90° к пересекающим их прямым линиям, лежащим диаметрально противоположно на внешней боковой конусной поверхности и проходящим через две точки, находящиеся на внешних окружностях верхнего и нижнего оснований конуса, при этом транспортерная лента выполнена из поперечных звеньев и снабжена микроволновыми затворами в виде сегментов, образующих два концентрично расположенных кольца (см. патент на изобретение RU №2361731, Кл. В29В 17/00, oп. в 2009 г.). Горизонтальное расположение транспортирующего шины механизма дает возможность увеличения времени их обработки в пиролизных камерах, однако само устройство имеет достаточно сложную конструкцию пиролизных камер с цикличной загрузкой, а использование микроволновых затворов не обеспечивает хорошей герметичности камер и допускает некоторый выброс вредных продуктов переработки в окружающее пространство.
Известна установка для пиролизной переработки шин, включающая пиролизную печь с механизмом формирования полой трубы из вертикально ориентированных шин для их продольного сжатия (прессования) и загрузочным устройством (см. опубликованная заявка WO №9409977, Кл. В30В 9/30, опубл. в 1994 году). В этом техническом решении при высокой производительности установки не решен вопрос герметизации пиролизной камеры, что недопустимо, исходя из современных требований экологической безопасности.
Известно устройство для переработки резиновых отходов, содержащее камеру загрузки, топку, снабженную сводом и дымовой трубой, размещенную над топкой реторту, дисперсную засыпку из огнеупорного материала, образующую газоход из топки в дымовую трубу, паропровод, камеру охлаждения и теплообменник, при этом теплообменник выполнен в виде двух соединенных последовательно секций и выход последней секции подключен к топке, причем дисперсная засыпка размещена между сводом топки и ретортой, а в верхней части последней установлен вентилятор, при этом топка и дисперсная засыпка дополнительно оборудованы пароперегревателями (см. патент на изобретение RU №2247025, Кл. В29В 17/00, опубл. в 2005 г.). В этом устройстве реализован пошаговый способ подачи шин на переработку посредством тележек из одной секции в другую. Такая более простая, чем предыдущие устройства, конструкция значительно удешевляет стоимость переработки изношенных шин, однако процесс транспортировки отходов в пиролизной камере не автоматизирован, а выполнение затворов допускает потери вредных веществ в атмосферу.
Известна установка для пиролиза резинотехнических изделий, содержащая камеру с источником нагрева, оснащенную закрываемым отверстием для установки контейнера для отходов, размещенного в ней с зазором со всех сторон, трубопровод с охладительным устройством для вывода продуктов пиролиза, систему отвода дыма, при этом закрываемое отверстие камеры выполнено в виде герметичной двери, установленной с боковой поверхности камеры, установка дополнительно содержит вспомогательное оборудование в виде тележки для подачи контейнера в камеру (см. патент на полезную модель RU №80700, Кл. F23G 5/00, опубл. в 2009 г.). Эта конструктивно простая установка работает циклично, процесс загрузки новой партии шин связан с открыванием дверей камерой, выгрузкой предыдущей тележки и вкатыванием в камеру тележки со следующей порцией отходов. На смену тележек теряется много времени, что приводит к снижению производительности установки.
Наиболее близким техническим решением является устройство для переработки органических отходов, содержащее парогенератор с печью и установленное перед входом в печь устройство для загрузки, снабженное камерой загрузки, размещенной перед печью, камерой охлаждения, печью термолиза, конденсатором со средством отвода тепловой энергии и сепаратором для разделения конденсата на воду, и жидкую фракцию, при этом вход конденсатора соединен с верхней зоной печи термолиза, выход конденсатора по жидкой фазе соединен со входом сепаратора, а выход его по газообразной фазе соединен с парогенератором, к выходу сепаратора по воде подсоединена емкость, соединенная через фильтр со входом воды парогенератора и с распылителем воды камеры охлаждения (см патент на полезную модель RU №43814, Кл. В29 17/00, oп. в 2005 г.). В этом компактном мобильном устройстве решен вопрос порционной подачи шин на переработку, однако оно не обеспечивает эффективной изоляции внутренней зоны печи термолиза от камеры загрузки и, соответственно от окружающего пространства, допуская выброс вредных веществ в атмосферу, что может привести к повышению пожароопасности и взрывоопасности.
Настоящая полезная модель направлена на решение технической задачи полной изоляции внутренней полости горизонтально расположенного реактора от окружающего пространства, автоматизации пошаговой подачи шин на переработку и реализации модульного принципа формирования реактора.
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в установке для утилизации изношенных шин, включающей устройство для загрузки и средства для транспортировки изношенных шин, размещенное перед реактором, связанным с устройством выгрузки твердой фракции, средства охлаждения, конденсации и сбора продуктов пиролиза, средства транспортировки выполнены в виде жаропрочных контейнеров, оснащенных механизмами сцепки в своих торцах и связанных посредством тягового механизма с тельфером, установленным в выходной зоне установки с возможностью транспортировки жаропрочных контейнеров через реактор, а устройства загрузки и выгрузки выполнены в виде шлюзовых затворов, причем входной шлюзовой затвор расположен перед реактором и снабжен эстакадой загрузки, а выходной шлюзовой затвор расположен за реактором и снабжен эстакадой разгрузки. Реактор расположен горизонтально и выполнен модульным с возможностью увеличения количества модулей. Входной и выходной шлюзовые затворы выполнены U-образными.
Полезная модель поясняется чертежами. На фиг.1 схематично изображена установка для утилизации изношенных шин, вид сверху. На фиг.2 - то же, вид с торца.
Установка для утилизации изношенных шин включает емкость 1 промывки шин, за которой расположена эстакада 2 загрузки транспортировочных передвижных жаропрочных контейнеров 3, связанная с U-образным входным шлюзовым затвором 4 реактора 5 безвоздушно-термического разложения. На выходе реактор 5 оснащен U-образным выходным шлюзовым затвором 6. Транспортировочные передвижные контейнеры 3 выполнены из жаропрочных материалов и связаны механизмом сцепки 7. За шлюзовым затвором 6 расположена выгрузная эстакада 8, оснащенная емкостью 9 для сбора твердой фракции. На эстакаде 8 установлен тельфер 10, предназначенный для пошагового перемещения связанных сцепкой 7 между собой контейнеров 3. Реактор 5 связан посредством трубопровода 11 с ректификационной колонной 12, системой теплообменников 13, осушителем 14. Осушитель 14 снабжен выбросной трубой 15, предназначенной для выброса продуктов сгорания неконденсируемого газа. Теплообменники 13 связаны с градирней 16, предназначенной для охлаждения воды, используемой в теплообменниках 13 для осаждения конденсата. Ректификационная колонна 12, теплообменники 13 и осушитель 14 установлены на несущей платформе 17. В нижней части платформы 17 установлена емкость 18 для сбора жидкой фракции. Реактор 5 собран из модульных конструкций, позволяющих увеличивать его производительность по мере присоединения дополнительных модулей по длине реактора 5. На фиг.1 изображен пример выполнения установки, реактор 5 которой оснащен четырьмя модулями: модулем 19 начальной зоны, модулями 20 и 21 средней зоны и модулем 22 выходной зоны. Чем меньше использовано модулей в реакторе 5 установки, тем она компактней. Чем больше модулей в реакторе 5, тем установка более производительна. Установка снабжена системой возврата (на рисунке не показано) контейнеров 3 к входной зоне реактора 5.
Установка для утилизации изношенных шин работает следующим образом. Контейнер 3, связанный цепным тросом с тельфером 10, выставлен на эстакаде 2. Промытыми в емкости 1 шинами и другими резинотехническими отходами заполняют контейнер 3 таким образом, чтобы сверху оказалась самая массивная шина, которая фиксируют зажимами. Приведенным в действие тельфером 10 контейнер 3 протаскивают через входной шлюзовый затвор 4 внутрь реактора 5 в начальную зону 19. Использование шлюзовых затворов 4 и 6 позволяет исключить нерегламентированное попадание кислорода в реактор 5, а также обеспечивает взрывобезопасность и пожаробезопасность в работе установки. Температура среды внутри реактора 5 в зоне модуля 19 находится в диапазоне от 200°С до 250°С в зависимости от вида изделия, которое подвергается безвоздушно-термическому разложению. Основная задача, которая решается в этом модуле 19, - это равномерный прогрев объемный прогрев шин. Но уже при этой температуре начинается испарение пиролизного газа. В модуле 20 шины прогреваются в диапазоне от 350°С до 400°С. В этой зоне реактора 5 в резине деструктивные процессы резко активизируются.
Через определенный промежуток времени, не превышающий 20 минут, к предыдущему контейнеру 3, который находится на эстакаде 2, посредством сцепки 7 присоединяют следующий наполненный контейнер 3. Посредством тельфера 10 всю цепочку контейнеров 3 пошагово продвигают вдоль реактора 5, смещая каждый раз ее на длину следующего контейнера 3. При этом каждый контейнер 3 постепенно смещается из одной зоны реактора 3 в другую, более прогретую, подвергаясь воздействию все более высоких температур. В модулях 21 и 22 реактора 5 температура достигает значений от 450°С до 550°С в зависимости от вида перерабатываемых шин. При таких значениях температур в резине без доступа воздуха протекают глубокие деструктивные превращения, высвобождается технический углерод и образуется парогазовая смесь, состоящая из паров углеводородов, паров воды и смеси различных неконденсирующихся горючих газов. Структура резины представляет собой сложную пространственную сетку. Ее узлами являются поперечные сшивки между макромолекулами каучука. Им присущи основные типы химических связей: углерод-улеродные, моносульфидные, дисульфидные, полисульфидные и другие. В молекулярных цепях содержатся боковые группировки, состоящие из молекул вулканизирующих веществ и ускоритель вулканизации, сернистые и кислородные соединения. При температурном воздействии на резину вначале распадаются полисульфидные, сульфидные и кислородные связи. Продукты распада полимерных цепей вступают во вторичные реакции между собой, в результате которых образуются низкомолекулярные и высокомолекулярные соединения - смолы, тяжелые осмоленные остатки, кокс. Для повышения эффективности установки вторичные реакции подавляют посредством введения в зону пиролиза получающихся в результате распада резины паров воды. Парогазовую смесь подают в ректификационную колонну 12 посредством жаропрочного трубопровода 11. В ректификационной колонне 12 от парогазовой смеси отделяется вся жидкая неохлажденная фракция. Процесс конденсации пиролизных газов заканчивают в теплообменниках 13. В результате охлаждения и ректификации парогазовой смеси получают жидкую топливную фракцию (масло), представляющую собой смесь различных летучих углеводородов, оксидов и диоксидов азота, углерода и серы. При соблюдении оптимальных режимов работы установка для утилизации изношенных шин обеспечивает получение следующих компонентов: масло 35-40%, неконденсирующийся газ 10-15%, технический углерод 25-30%, металлокорд 5-10%. В приемную емкость 18 поступают продукты конденсации в ректификационной колонне 12 и теплообменниках 13. Неконденсирующийся газ сжигают в осушителе 14, при этом часть тепла от сжигания этих газов используют для работы реактора 5, остальную часть сгоревших газов выводят из осушителя 14 посредством выбросной трубы 15. Контейнеры 3 на выходе из реактора 5 тельфером 10 протягивают через шлюзовый затвор 6, при этом происходит охлаждение контейнеров 3 и твердого остатка, находящегося в них до безопасной температуры 30÷40°С. Исключаются попадание воздуха в реактор 5 с выходного торца и выброс наружу горячих газов, что обеспечивает полную взрывобезопасность и пожаробезопасность. Причем оба шлюзовых затвора 4 и 6 выполняют функции клапанов сброса избыточного давления при возникновении нештатной ситуации. Конструкция установки предусматривает дозированную подачу воздуха в реактор 5, например, через шлюзовый затвор 2, для повышения эффективности технологического процесса за счет энергии получаемого газа, содержащего водород, этан, метан и другие углеводороды. Вентиляционная система на базе дымососа создает пониженное давление в реакторе 5 для быстрого удаления образующихся продуктов распада и подавления вторичных реакций полимеризации. Оставшиеся неконденсируемые газы могут использоваться для местных нужд, например, в котельной установке. Ректификационная колонна 12 и теплообменники 13 имеют встроенную систему промывки для растворения жидкой фракции и удаления со стен осажденной тяжелой битумасфальтовой фракции. Система водяного отопления автоматически обеспечивает эффективный отвод тела от теплообменников 13, охлаждение циркулирующей в системе воды с помощью градирни 16 и восполнение уровня воды в шлюзовых затворах 4 и 6. система контроля и управления температурным режимом обрабатывает поступающие данные от температурных датчиков и обеспечивает поддержание заданного температурного режима во всех модулях 19, 20, 21 и 22 реактора 5.
Установка для утилизации изношенных шин имеет достаточно простую конструкцию, которую несложно смонтировать на тех территориях, где возникает необходимость переработки изношенных шин. При этом конструкция установки предусматривает возможность автоматизации процессов по мере необходимости и реализацию модульного принципа в реакторе 5, позволяющего регулировать производительность установки в широком диапазоне. Посредством тельфера 10 контейнеры 3, соединенные сцепками 7, легко перемещают от эстакады 2 через реактор 5 до эстакады 8. При сравнительной конструктивной простоте данной установки обеспечивается надежность и безопасность ее работы. Такую установку можно изготовить в условиях как единичного, так и серийного производства с использованием традиционной элементной базы, традиционных конструкторских материалов.
Таким образом, технический результат, достигаемый с использованием заявленной полезной модели заключается в повышения экологической безопасности и пожаробезопасности установки, увеличения производительности и улучшения ее эксплуатационных характеристик за счет полной изоляции внутренней полости горизонтально расположенного реактора от окружающего пространства, автоматизации пошаговой подачи шин на переработку и использования модульного принципа формирования реактора.