СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ПЛАСТМАССОВЫХ ОТХОДОВ, В ЧАСТНОСТИ ПОЛИОЛЕФИНОВ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ПЛАСТМАССОВЫХ ОТХОДОВ, В ЧАСТНОСТИ ПОЛИОЛЕФИНОВ
METHOD OF PROCESSING PLASTIC WASTES, IN PARTICULAR, POLYOLEFINES, AND DEVICE TO THIS END

Изобретение относится к способу переработки пластмассовых отходов, в частности полиолефинов, и устройству для переработки пластмассовых отходов, в частности полиолефинов, применяемому в частности при промышленной утилизации пластмассовых отходов.
Известны способ и устройство для непрерывной переработки пластмассовых отходов, описанные в польской заявке на изобретение Р-358774. Способ переработки заключается в том, что в ходе одноступенчатого процесса загрузку пластмассы загружают, пластифицируют, придают ей текучесть и термокаталитически преобразуют до получения газообразного продукта, который используют для получения смеси углеводородов, содержащих высококачественный парафин. Процесс осуществляют во внутреннем сосуде объединенного вертикального реакторного устройства для плавления и обмена, в котором пластифицированную и обладающую текучестью загрузку преобразуют в однородный блок массы загрузки, падающий под действием силы тяжести. Устройство имеет модульную конструкцию для осуществления одноступенчатого процесса от точки подачи загрузки до сбора газообразного продукта и удаления примесей.
В соответствии с польской заявкой на патент Р-352341 известен еще один способ и производственная линия для непрерывной переработки пластмассовых отходов, в которой отходы разделяют на части, после чего загрузку подают на технологическую линию, пластифицируют, нагнетают в реактор, в котором пластифицированную загрузку формируют в однородное ядро, которое падает под действием силы тяжести, в нижней части придают ему текучесть и дозируют для стабилизатора. Конечный продукт поступает в охладитель и доводится до жидкого состояния.
Известные способы, как правило, основаны на гравитационном падении загрузки, перерабатываемой посредством термического или каталитически-термического крекинга, поэтому любое нарушение данного падения оказывает непосредственное влияние на весь процесс. Вследствие этого существуют проблемы с обеспечением непрерывности процесса и его эффективностью, что напрямую влияет на экономический аспект всего процесса.
Задача изобретения состоит в разработке способа переработки пластмассовых отходов, в частности полиолефинов, и построении такого устройства для его осуществления, которое обеспечит непрерывность процесса утилизации пластмасс, в котором параметры процесса можно скорректировать и обеспечено удаление примесей без каких-либо проблем.
Главное новшество изобретения состоит в том, что после подачи загрузки в реактор ей придают текучесть и подвергают крекингу во время принудительного поступательно-вращательного перемещения и одновременного нагрева, причем парогазовую фракцию удаляют непрерывно, а технологические примеси удаляют из реактора периодически.
Желательно, чтобы по меньшей мере часть парогазовой фракции удаляли из реактора по каналу для подачи загрузки и только затем охлаждали бы эту часть фракции, поскольку это дает возможность использовать тепло парогазовой фракции для пластификации загрузки, что повышает тепловой КПД процесса. В самом основном варианте реализации изобретения такой результат получают посредством направления части парогазовой фракции через канал для подачи в обратном направлении относительно перемещения загрузки на выбранном участке.
Чтобы поддерживать стабильность перемещения и непрерывность процесса уровень реакционной массы в реакторе во время придания ей текучести и крекинга поддерживают по существу на одном уровне.
Устройство в соответствии с изобретением, отличается тем, что реактор, в котором происходит придание загрузки текучести и ее крекинг, представляет собой барабан, который выполнен с возможностью вращения и к которому ведет соосный канал, содержащий встроенный подающий конвейер, выполненный с возможностью подачи загрузки в реактор с одной стороны, и отведения по меньшей мере части полученной парогазовой фракции с другой стороны. Реактор содержит внутри своей камеры направляющие элементы, жестко закрепленные на его кожухе и обеспечивающие принудительное осевое и вращательное перемещение загрузки.
Наиболее предпочтителен вариант реализации, в котором реактор, выполненный с возможностью вращения, представляет собой паровой барабан, внутренний диаметр которого составляет примерно 3/4 от длины его внутренней камеры.
Направляющие элементы внутри камеры реактора могут представлять собой низкопрофильную винтовую стенку, несъемно установленную на ободе камеры, и элементы для перемешивания, расположенные на ободе на расстоянии друг от друга, благодаря чему расплавленная реакционная масса распределяется по цилиндрической камере, что приводит к увеличению активной поверхности реакции.
Для поддержания относительно стабильного уровня расплавленной реакционной массы в реакторе внутри его камеры может быть выполнен поплавок.
Также предпочтительно, чтобы реактор содержал наружную винтовую стенку, несъемно установленную на внешней поверхности кожуха и проходящую в каналы для направления теплоносителя в реактор. Это позволяет оптимально использовать тепловую энергию от поступающего из топочной камеры воздуха, поскольку воздух окружает реактор при принудительном спиральном перемещении, подавая больший объем тепла на внешний корпус реактора при более протяженном маршруте из выходного отверстия.
Также предпочтительно, чтобы в камере реактора была выполнена извлекающая спираль, установленная на входе в канал для подачи загрузки для облегчения процесса извлечения и удаления примесей из реактора во время цикла очистки устройства.
Для лучшего осаждения загрузки в камере реактора канал представляет собой трубу, внутри которой выполнен шнековый конвейер для подачи загрузки, конвейер содержит, расположенные отверстия с зазором на ободе секции внутри камеры.
Кроме того, для облегчения прохождения указанной части парогазовой фракции шнековый конвейер, расположенный в канале для подачи загрузки, на участке рядом со входом в реактор может представлять собой ленточный шнековый конвейер.
В базовом варианте реализации устройства канал для подачи загрузки соединен с принимающим коллектором на указанном участке рядом с входом в реактор, причем коллектор выполнен с возможностью направления части парогазовой фракции из реактора в систему охладителей. Объемом потока парогазовой фракции через коллектор легко регулировать посредством управляющего клапана, установленного на выходе реактора.
Для обеспечения непрерывности подачи доз загрузки в реактор, предпочтительно обеспечение подачи загрузки из питающего бункера в канал с шнековым конвейером посредством шнекового питателя.
В оптимальном варианте реализации изобретения выполнено постепенное уменьшение шага шнека шнекового питателя в направлении перемещения загрузки, при этом также выполнено постепенное уменьшение диаметра этого шнекового питателя в этом же направлении, что обеспечивает наилучшее выдавливание подаваемых доз загрузки. В конечном счете, выполнено постепенное уменьшение шага шнека шнекового питателя до величины в два раза меньшей шага шнека шнекового конвейера, и выполнено постепенное уменьшение диаметра шнека шнекового питателя до величины на 5% меньшей диаметра шнека шнекового конвейера, установленного в канале для подачи загрузки в реактор.
Для обеспечения плавности приема загрузки рекомендуется также, чтобы обороты шнекового питателя уменьшались до ½-¾ гЦ оборотов шнекового конвейера, установленного в канале для подачи загрузки в реактор.
Основное преимущество предложенного способа состоит в том, что все процессы подачи загрузки и ее транспортировки, подачи в реактор, вывода конечного парогазового продукта происходят четко определенным способом в зависимости от параметров каждого действия. Обеспечена относительно несложная возможность регулировки этих параметров, что обеспечивает оптимальность процессу и предотвращает чрезвычайные ситуации. Когда процесс придания текучести и крекинга загрузки происходит одновременно с принудительной передачей поступательно-вращательного перемещения к реакционной массе, и когда обеспечена возможность контроля скорости этих перемещений, то обеспечено достижение оптимальных параметров реакции и высокое КПД всего процесса.
Само устройство выполнено компактным и содержит простые, общеупотребительные и надежные компоновочные узлы. В соответствии с изобретением еще одно преимущество устройства состоит в несложном процессе очистки и удаления отходов, в ходе которого необходимо остановить крекинг, изменить направление вращения реактора и шнекового конвейера в канале для загрузки на обратное, остановить шнековый питатель и открыть замок бака для отходов. Устройство также имеет модульную конструкцию, что облегчает техосмотр, ремонт и замену компоновочных узлов.
Подробное описание настоящего изобретения дано в виде варианта реализации изобретения со ссылкой на чертежи, на фиг.1 показан схематичный эскиз вид сбоку устройства для переработки пластмассовых отходов вдоль направления перемещения загрузки, а на фиг.2 показано условное изображение бокового разреза части устройства, содержащего реактор и топочную камеру, перпендикулярную оси реактора.
Загрузку пластмассы, измельченной и гранулированной приблизительно до фракции 40×40 мм, подают в питающий бункер 1. Измельченную загрузку забирают из питающего бункера 1 с помощью шнекового питателя 2 и подают в трубчатый канал 3, внутри которого находится шнековый конвейер 4 с приводом 5. Шнековый питатель 2 содержит шнек, шаг стенок которого постепенно становится меньше таким образом, что на входе в канал 3 шаг стенок уменьшается в два раза относительно начального шага, а диаметр стенки шнека уменьшается в том же направлении так, что составляет 95% диаметра шнека в начале шнекового питателя. Обороты шнекового питателя 2 составляют примерно половину оборотов шнекового конвейера 4. Такая конструкция и параметры перемещения шнекового питателя 2 обеспечивают герметизацию расположенного впереди приемно-реакционного пространства.
Канал 3 проходит в продольном направлении внутри реактора 6, к которому он подает загрузку, переданную из питающего бункера 1 с помощью шнекового питателя 2 и шнекового конвейера 4, установленного в упомянутой канале 3. На участке перед входом в реактор 6 выполнен канал 3, содержащий ленточный шнековый конвейер 4а, который представляет собой удлинение шнекового конвейера 4 и зацепляется с ним посредством сцепления 4b. Для достижения наилучшего теплового КПД реактор 6 устанавливают над топочной камерой 7, а сам реактор имеет форму цилиндрического барабана с горизонтальной осью и содержит канал 3 для подачи загрузки, который соосно проходит в него с одной стороны, и выходную систему 8 для парогазовой фракции, которая содержит управляющий клапан 9 и соединена с системой охладителей 10 с другой стороны. Внутренний диаметр d реактора 6 приблизительно равен длине 1 внутренней камеры 11 реактора, а сам реактор установлен с возможностью вращения на подшипниках 12, расположенных с обеих сторон, и приводиться в действие приводом 13.
Внутри камеры 11 реактора 6 выполнены закрепленная на ободе низкопрофильная винтовая стенка 14 и расположенные на ободе элементы 15 для перемешивания. Для управления и регулирования уровнем реакционной массы внутри камеры 11 дополнительно выполнен поплавок 16, установленный эксцентрично. Реактор 6 на своей наружной цилиндрической поверхности содержит наружную винтовую стенку 17, проходящую в каналы 18, транспортирующие горячий теплоноситель, проходящий через проход 19 из топочной камеры 7, в которой указанная винтовая стенка 17 обеспечивает эффективный прием тепла реактором 6 и поддержание относительно стабильной температуры на участке 1 камеры 11 реактора 6. Конец канала 3, ведущий в камеру 11 реактора 6, имеет отверстия 20 на ободе, через которые загрузку подают в камеру 11 реактора 6. На участке «а» с каналом 3 соединен приемный коллектор 21, который обеспечивает разделение конечного парогазового продукта на два потока перед подачей его в систему охладителей 10. Между приводом 5 шнекового конвейера 4 и входом шнекового питателя 2 канал 3 соединен с баком для отходов 22, закрытым на замок 23. Примеси из камеры 11 реактора 6 подают в шнековый конвейер 4 посредством извлекающей спирали 24, установленной на входе в камеру 11 реактора 6. Реактор 6 заключен в изолирующий стакан 25, верхнюю часть которого можно демонтировать, для обеспечения доступа к реактору 6.
Измельченную загрузку транспортируют из питающего бункера 1 с помощью шнекового питателя 2 в канал 3, внутри которого находится дозирующий конвейер 4, выполненный в виде шнекового конвейера. Ленточный шнековый конвейер 4а, представляет собой удлинение шнекового конвейера 4 и подает загрузку в камеру 11 вращающегося реактора 6, где она выгружается через отверстия 20. В камере 11 реакционной массе сначала придают текучесть, а затем разлагают на составные части, пока она перемещается по корпусу камеры 11 вращательно-поступательным способом.
Реактор нагревают горячим газом, обтекающим реактор 6 по каналам 18. Парогазовую фракцию в камере 11, представляющую собой продукт разложения реакционной массы, с помощью управляющего клапана 9 подают частично прямо в систему охладителей 10, а частично в канал 3 в обратном направлении относительно направления перемещения загрузки, откуда ее также подают в систему охладителей 10 с помощью приемного коллектора 21. Пока часть парогазовой фракции, переходящей в приемный коллектор 21, течет через канал 3 в обратном Направлении относительно перемещаемой в реактор загрузки, она отдает часть тепла и пластифицирует загрузку перед приданием ей текучести в реакторе. Уровень реакционной массы в камере 11 поддерживают относительно стабильным с помощью эксцентрично установленного поплавка 16 и посредством контроля эффективности шнекового конвейера 4, подающего загрузку в реактор 6. Удаление примесей из устройства происходит следующим образом: при отключении шнекового питателя 2 процесс продолжается около часа, затем замок 23 открывают и шнековый конвейер 4 и реактор 6 останавливают. Затем шнековый конвейер 4 начинает обратное перемещение по отношению к нормальному рабочему циклу, а обороты реактора 6 также происходят в обратном направлении. Примеси из камеры 11 забирают извлекающей спиралью 24 и подают на шнековый конвейер 4, который транспортирует их к замку 23, где они попадают в бак для отходов 22. Полное время цикла очистки занимает 1-1,5 ч в зависимости от количества примесей. После завершения процесса очистки замок 23 закрывают, направление вращения реактора 6 и шнекового конвейера 4 меняют на обратное и, в конечном счете, включают шнековый питатель 2, который начинает производственный цикл.