УСТРОЙСТВО ВЫГРУЗКИ СУХИХ ПРОДУКТОВ ПИРОЛИЗА

Полезная модель относится к области переработки углеродсодержащих продуктов, отходов и сырья, твердых бытовых отходов, включая автошины, а именно к устройствам термического пиролиза автомобильных покрышек и резинотехнический изделий (РТИ).
Известна установка термического пиролиза углеродсодержащих продуктов, описанная в способе термической переработки шин. Установка имеет вертикальную компоновку последовательно соединенных элементов герметичного питателя для загрузки шин, реактора для процесса пиролиза, охлаждаемого бункера и воздуходувки для охлаждения бункера [патент на изобретение № RU2139187, дата приоритета: 24.10.1997 г., дата публикации 10.10.1999 г., МПК: B29B 17/00].
Недостатками данной установки является возможность выгрузки сухих продуктов пиролиза только после их остывания в охлаждаемом бункере по истечении времени и наличие дополнительной системы охлаждения.
Известна установка термического пиролиза углеродсодержащих продуктов, описанная в способе термической переработки шин и резинотехнических изделий. Установка состоит из герметичного питателя, через который подают измельченные автомобильные шины и РТИ и выгружают охлажденные твердые отходы, реактора для процесса пиролиза и бункера для накопления сухих продуктов пиролиза [патент на изобретение № RU 2248881, дата приоритета: 18.06.2003 г., дата публикации 27.03.2005 г., МПК: B29B 17/00].
Недостатком известной установки является невозможность переработки шин и РТИ не измельченных до фракции 50-100 мм и, соответственно, цельных автомобильных шин, а это в свою очередь создает необходимость в установке дополнительного оборудования для выполнения работ по измельчению автомобильных покрышек. Также этот факт сильно ограничивает универсальность данного устройства.
В качестве прототипа выбрана установка низкотемпературного пиролиза изношенных автомобильных шин непрерывным методом без предварительной подготовки. Установка смонтирована на мобильной платформе. Цельные автомобильные покрышки помещают в герметично закрывающуюся загрузочную камеру. Загрузочная камера и камера пиролиза разделены герметичной заслонкой. Процесс пиролиза осуществляется при температуре 450-550°C в непрерывном режиме. Камера реактора оснащена бутарой - вращающимся барабаном с выполненными на внутренней поверхности винтовыми направляющими. Выгрузка твердого остатка в виде технического углерода и металлокорда производится вращающимся шнеком и камерой сбора металлокорда соответственно [патент на изобретение №  RU2399488 С2, дата приоритета: 17.03.2009 г., дата публикации 20.01.2010 г., МПК: B29B 17/00].
Недостатками прототипа является сложность конструкции и большое количество узлов, требующих активного водного охлаждения. Выход из строя системы охлаждения либо засорение подводящих охлаждающую жидкость каналов может привести к повреждению или разрушению соответствующего конструктивного узла. Также в связи с тем что установка смонтирована на шасси прицепа, требуется проводить дополнительные проверки зазоров смежных элементов и соосности вращающихся деталей, которые могли измениться из-за вибрационного воздействия в процессе перемещения установки и при размещении на неровной площадке, что повышает трудоемкость обслуживания реактора и требует высокой квалификации обслуживающего персонала.
Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в повышении эффективности установки пиролиза углеродсодержащих продуктов.
Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является сохранение непрерывности процесса переработки углеродсодержащих продуктов без предварительного их измельчения с одновременным повышением надежности и обеспечением универсальности установки пиролиза углеродсодержащих продуктов.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Устройство выгрузки сухих продуктов пиролиза содержит корпус. В отличие от прототипа корпус открыт с торцевой стороны, внутри корпуса расположено устройство захвата сухих продуктов пиролиза, установленное с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль корпуса и выхода за границы корпуса с открытой торцевой стороны.
Под сухими продуктами пиролиза понимаются отходы пиролиза углеродсодержащих продуктов, которые не разлагаются в процессе пиролиза, например кремниевые включения, проволока металлических каркасов автомобильных шин и РТИ, стеклоткань, оставшаяся после переработки отходов стеклопластика. Так как пиролиз происходит при постоянном вращении камеры пиролиза, сухие продукты пиролиза образуют свивку на дне камеры пиролиза, которая может быть извлечена с помощью устройства выгрузки сухих продуктов пиролиза.
Корпус устройства выгрузки сухих продуктов пиролиза может быть выполнен в форме прямоугольного параллелепипеда, цилиндра или параллелепипеда с дугообразным дном. Форма короба выбирается из условий размера и формы выгружаемых продуктов пиролиза, а также формы и размеров камеры пиролиза.
Корпус устройства выгрузки сухих продуктов пирлолиза выполнен с одной торцевой стороны открытым, то есть без боковой стенки для сообщения с разгрузочным проемом камеры пиролиза, либо оснащается боковым шибером для беспылевого перемещения устройства с выгруженными сухими продуктами пиролиза, а с другой стороны снабжен съемной крышкой с отверстием в центре для прохождения через него устройства захвата сухих продуктов пиролиза. Отверстие в крышке может быть выполнено ниже центра крышки, но по центру относительно боковых граней с проточкой, или пазом, или лабиринтным уплотнением для установки уплотнителя, обеспечивающего герметичное перемещения устройства захвата сухих продуктов пиролиза. Размеры корпуса устройства выгрузки сухих продуктов пиролиза выбираются из условий обеспечения возможности расположения внутри него свивки сухих продуктов пиролиза так, чтобы свивка не оставалась в камере пиролиза или разгрузочном проеме.
Корпус и крышка корпуса устройства выгрузки сухих продуктов пиролиза могут быть изготовлены из стали или нержавеющей стали либо из любого другого известного материала, обеспечивающего износостойкость к механическим воздействиям, жесткость и сохранение формы по всей длине корпуса и крышки корпуса и выдерживающего влияние температуры выгружаемых сухих продуктов пиролиза.
Герметичное присоединение корпуса устройства выгрузки сухих продуктов пиролиза к камере пиролиза проводится в месте расположения разгрузочного проема камеры пиролиза. Присоединение может быть осуществлено с помощью любого разъемного средства соединения, например болтового, с помощью прижимов или путем поджатия, всего устройства через эксцентрик или клин. Также возможно поджатие корпуса устройства выгрузки сухих продуктов пиролиза к камере пиролиза при помощи одновременного упора домкрата или рычага в неподвижно закрепленный к земле груз. Прижимы или болты могут устанавливаются на стенке камеры пиролиза, при этом на корпусе устройства выгрузки сухих продуктов пиролиза устанавливаются ответные части прижимов в виде проушин или отверстий для установки на болты. Эксцентрик может быть установлен на тележку перемещения устройства. После соприкосновения корпуса устройства выгрузки сухих продуктов пиролиза со стенкой камеры пиролиза эксцентриком одновременно осуществляется и поджатие, и фиксация устройства выгрузки сухих продуктов пиролиза.
Герметичность присоединения обеспечивается тем, что размеры поперечного сечения корпуса устройства выгрузки сухих продуктов пиролиза больше размеров разгрузочного проема на величину размера уплотнителя. Уплотнитель может быть расположен на торце корпуса устройства выгрузки сухих продуктов пиролиза со стороны присоединения его к камере пиролиза либо на стенке камеры пиролиза по периметру разгрузочного проема. Уплотнитель может быть выполнен в виде шнура, полосы или любой другой формы, из любого известного материала, обеспечивающего герметичность, эластичность и выдерживающего воздействие температуры до 600°C, например из графита, стекловолокна, асбеста, керамического волокна.
Разгрузочный проем представляет собой отверстие в камере пиролиза, расположенное с торца камеры на минимальном расстоянии от дна камеры для обеспечения наименьшего сопротивления со стороны стенки камеры при разгрузке сухих продуктов пиролиза. Проем имеет устройство герметизации камеры пиролиза при проведении процесса пиролиза и разгерметизации камеры пиролиза после присоединения устройства для выгрузки сухих продуктов пиролиза.
Устройство герметизации разгрузочного проема может быть выполнено посредством дверцы в виде пластины размером, большим, чем проем, с прикрепленным к ней уплотнителем. Пластина жестко соединена с поворотным рычагом через ось вращения, установленную в цилиндрические втулки, которые прикреплены к торцу камеры пиролиза. Так как пластина и рычаг жестко закреплены на одной оси, то при повороте рычага в пространстве на любой угол и в любую сторону, пластина дверцы повторяет траекторию движения на тот же угол и в том же направлении. В зависимости от направления приложенной силы к рычагу дверца либо перекрывает проем, либо его открывает. На время проведения процесса пиролиза дверцу жестко крепят к камере пиролиза болтовым, винтовым или другим разъемным способом соединения. При установке устройства герметизации в виде дверцы на торце корпуса устройства выгрузки сухих продуктов пиролиза предусматривается паз с уплотнителем для прохождения оси вращения дверцы.
Устройство герметизации разгрузочного проема может представлять собой шиберный затвор, выполненный в виде пластины размером больше, чем разгрузочный проем. Пластина вставляется в направляющие, установленные по периметру разгрузочного проема, оборудованные уплотнениями для герметизации стыков. Пластина имеет возможность свободно перемещаться по направляющим в прямом и обратном направлениях в зависимости от приложенного к ней усилия, тем самым осуществляя открытие и закрытие разгрузочного проема.
Элементы устройства герметизации разгрузочного проема могут быть выполнены из любых материалов, обеспечивающих механическую прочность и устойчивость к воздействию температуры до 600°С либо меньшей температуры при условии достаточного охлаждения окружающей средой стенок устройства и соединены с помощью любого известного разъемного или неразъемного способа присоединения.
Устройство захвата сухих продуктов пиролиза, далее по тексту гарпун, состоит из последовательно соединенных элементов, а именно пробивной пики, средства зацепления, основания, средства поддержки и центровки основания, приводного механизма для создания возвратно-поступательного движения или только возвратного движения.
Пробивная пика может быть выполнена в виде полнотелого конуса или пирамиды или любой другой формы, встречающей наименьшее сопротивление со стороны свивки сухих продуктов пиролиза при прохождении пики через нее. Пробивная пика может быть установлена на основании гарпуна и присоединена любым из способов известного разъемного или неразъемного соединения.
Средство зацепления может быть выполнено из одной, двух или более пластин, выполненных из нержавеющей, жаропрочной или конструкционной стали или иного материала, устойчивого к высоким температурам и обладающего высокой механической прочностью. Средство зацепления может содержать неограниченное количество пластин, одним из вариантов является использование двух пластин, установленных на основании гарпуна с углом смещения 180° относительно друг друга по образующей поперечного сечения основания. Это позволяет избежать перекоса свивки сухих продуктов пиролиза при перемещении ее в корпус устройства выгрузки сухих продуктов пиролиза. Крепление пластин к основанию гарпуна может осуществляться любым известным разъемным или неразъемным способом. Пластины могут быть выполнены в форме прямоугольника, многогранника или треугольника, прутка или другой формы, с условием что при установке пластин на основание гарпуна они образуют с ним фигуру, продольное сечение которой будет в виде крюка. Угол между пластиной и основанием гарпуна должен обеспечивать достаточное зацепление пластинами свивки сухих продуктов пиролиза, чтобы извлечь свивку из камеры пиролиза. Толщина пластин должна быть достаточной, чтобы не произошла их деформация при вытягивании свивки, и выбирается в зависимости от прикладываемой силы.
Средство зацепления может быть выполнено пластинами, утопленными в прорези на основании гарпуна. Основание гарпуна выполняют пустотелым и на нем выполняют прорези чуть больше размеров пластин для свободного прохождения пластин. Перпендикулярно расположению прорезей в основание гарпуна могут быть установлены оси вращения в виде болтов, шпилек или стержней. Пластины имеют отверстия, через которые они надеваются на оси вращения. К каждой пластине внутри основания прикрепляются тяги, которые образуют систему тяг, подсоединенную к тросу либо прутку, пропущенному внутри основания гарпуна, а с другой стороны к тросу или прутку присоединяется рычаг для создания усилия. Под действием приложенного к рычагу усилия происходит натяжение троса или прутка и система тяг воздействует на пластины, заставляя их выходить из основания гарпуна сквозь прорези. При выполнении средства зацепления с утопленными пластинами происходит улучшение проходимости гарпуна через свивку сухих продуктов пиролиза в направлении гарпуна в камеру пиролиза. Также после окончания выгрузки сухих продуктов пиролиза указанная конструкция средства зацепления позволяет быстро освободить гарпун от сухих продуктов пиролиза, приложив силу к основанию гарпуна в направлении камеры пиролиза, тем самым происходит складывание пластин в прорези основания гарпуна.
Основание гарпуна может быть выполнено в виде стержня или трубы круглого, квадратного или другого сечения из материала, устойчивого к ударным видам деформации, растяжению и сжатию, например конструкционной стали, нержавеющей стали, титана или другого металла. Длина основания гарпуна должна быть достаточной для прохождения через корпус устройства выгрузки сухих продуктов пиролиза таким образом, чтобы пробивная пика и средство зацепления зашли в камеру пиролиза для пробивки и захвата свивки сухих продуктов пиролиза, а ответная часть основания гарпуна выходила через отверстие в съемной крышке корпуса. Это необходимо для обеспечения постоянной поддержки и центровки основания гарпуна со стороны приводного механизма и соединения с ним. На основании гарпуна со стороны приводного механизма может быть предусмотрено средство для соединения гарпуна и приводного механизма, которое может быть выполнено в виде кольца, хомута или скобы из конструкционной стали, титана или другого механически прочного материала.
Средство для поддержки и центровки основания гарпуна может быть выполнено в виде равностороннего прямоугольника, треугольника, параллелепипеда или другой геометрической фигуры, изготовленной из стержней, труб или уголков из материала, обеспечивающего механическую прочность, например конструкционной стали, титана, соединенных любым известным разъемным и неразъемным способами. Для снижения усилия, прилагаемого для перемещения, и силы трения при перемещении гарпуна внутри короба средство поддержки и центровки основания гарпуна может быть оборудовано роликами или колесами. Средство для поддержки и центровки крепится к нижней точке основания гарпуна со стороны пробивной пики таким образом, чтобы при достижении конечного положения средства поддержки и центровки в направлении камеры пиролиза пробивная пика и средство зацепления находились внутри камеры пиролиза и пронизывали свивку сухих продуктов пиролиза.
Приводной механизм может быть выполнен на основе лебедки с электроприводом либо системой тросов и блоков с ручным приводом или с помощью реечного привода, пневматического или гидравлического цилиндра.
Устройство выгрузки сухих продуктов пиролиза может быть реализовано на рельсовом ходу с целью уменьшения усилия для его перемещения и исключения необходимости центровки устройства относительно разгрузочного проема каждый раз, когда происходит присоединение его к камере пиролиза. Для этого один раз проводят установку рельсового пути по уровню и на нужном расстоянии также обеспечивают остановку камеры пиролиза для выгрузки в одном положении. Позиционирование камеры пиролиза в одном положении может быть реализовано при помощи датчиков перемещения и тормозной системы или выставляться посредством ручной регулировки через редуктор приводного механизма.
Устройство выгрузки сухих продуктов пиролиза может иметь герметично присоединенный к нему топочный узел для вытеснения оставшегося кислорода в корпусе устройства выгрузки сухих продуктов пиролиза после присоединения его к камере пиролиза. Оставшийся кислород при попадании в камеру пиролиза может окислить сухой углеродистый остаток, что ухудшит его свойства, а также может возникнуть реакция горения с остаточными пиролизными газами. Для предотвращения этого в топочном узле сжигают горючие материалы, а газы, выделяемые при горении, направляют в корпус устройства выгрузки сухих продуктов. Также корпус устройства выгрузки сухих продуктов пиролиза может быть продут при помощи углекислого газа или инертных газов с молекулярной массой больше молекулярной массы кислорода.
Полезная модель характеризуется рядом существенных отличительных признаков, в частности:
- устройство выгрузки сухих продуктов пиролиза имеет открытую торцевую сторону для герметичного присоединения к разгрузочному проему в камере пиролиза, за счет чего ограничивается доступ кислорода в камеру пиролиза, что позволяет выгружать сухие продукты пиролиза при рабочей температуре камеры пиролиза. Соответственно исключается длительный этап остывания камеры пиролиза для выгрузки сухих продуктов пиролиза и энергоемкий этап повторного разогрева камеры пиролиза.
- устройство выгрузки сухих продуктов пиролиза присоединяется к камере пиролиза с помощью разъемного соединения, обеспечивающего возможность использования устройства на нескольких установках. При установке ряда однотипных установок переработки автомобильных шин, РТИ и другого сырья в камеры пиролиза можно использовать одно устройство выгрузки сухих продуктов пиролиза путем поочередного подсоединения его к этим установкам. Для этого время начала пиролиза каждой установки переработки углеродсодержащих продуктов сдвигается на время выгрузки сухих продуктов пиролиза относительно друг друга.
- устройство выгрузки сухих продуктов пиролиза содержит устройство захвата сухих продуктов пиролиза, выполненное с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль корпуса и обеспечивающее перемещение сухих продуктов пиролиза из камеры пиролиза.
Вышеперечисленные признаки ранее не были известны из уровня техники, а сама конструкция устройства выгрузки сухих продуктов пиролиза из камеры пиролиза является неочевидной. Указанная конструкция позволяет исключить необходимость охлаждения камеры пиролиза, снизить сложность аппаратурного оформления установки и обеспечить возможность использования устройства для выгрузки сухих продуктов пиролиза одновременно на нескольких установках переработки углеродсодержащих продуктов, что в свою очередь обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в сохранении непрерывности процесса переработки углеродсодержащих продуктов без предварительного измельчения с одновременным повышением надежности и обеспечением универсальности установки и, как следствие, обеспечивает повышение эффективности установки пиролиза углеродосодержащих продуктов.
Вышеуказанное позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели критерию патентоспособности «новизна».
Полезная модель может быть выполнена из известных материалов с помощью известных средств, что позволяет судить о ее соответствии критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Полезная модель поясняется следующими чертежами.
Фиг. 1 - вид установки справа до выгрузки сухих продуктов пиролиза;
Фиг. 2 - вид установи справа после выгрузки сухих продуктов пиролиза;
Фиг. 3 - вид разгрузочного проема с устройством герметизации;
Фиг. 4 - вид гарпуна.
Установка пиролиза углеродсодержащих продуктов содержит последовательно соединенные между собой загрузочное устройство (не показано на чертежах), камеру 1 пиролиза, оборудованную разгрузочным проемом 2, средство для выгрузки углеродистого остатка (не показано на чертеже), устройство для нагрева камеры пиролиза (не показано на чертежах), устройство для отвода газов (не показано на чертежах) и устройства 3 выгрузки сухих продуктов пиролиза. Устройство 3 выгрузки сухих продуктов пиролиза содержит корпус 4, закрепленный на тележку 5, которая установлена на рельсы 6 для перемещения и центровки устройства 3 выгрузки сухих продуктов пиролиза. Внутри корпуса 4 расположен гарпун 7, вставленный через отверстие в съемной крышке 8 корпуса 4. Гарпун 7 состоит из основания 9, выполненного из трубы и установленного на средство 10 поддержки и центровки. К основанию 9 прикреплена пробивная пика 11, а внутри основания 9 реализовано средство 12 зацепления. Средство 12 зацепления представлено в виде выдвигающихся пластин 13, которые соединены с системой 14 тяг и служат для зацепления свивки 15 сухих продуктов пиролиза. Сквозь основание 9 пропущен трос 16, соединяющий систему 14 тяг с одной стороны и рычаг 17 натяжения с другой стороны, со стороны рычага 17 натяжения на основании 9 посредством сварки прикреплена металлическая скоба 18, служащая для присоединения к приводу возвратно-поступательного движения (не показано на чертежах). Разгрузочный проем 2 имеет устройство 19 герметизации проема, представленное в виде дверцы 20 и рычага 21, жестко установленных на одной оси вращения. По периметру разгрузочного проема 2 и торца корпуса 4 проходит уплотнительный шнур 22.
Установка пиролиза углеродсодержащих продуктов и устройство выгрузки сухих продуктов работают следующим образом.
Камера 1 пиролиза после окончания процесса пиролиза останавливается в позиции выгрузки свивки 15 сухих продуктов пиролиза. Тележку 5 по рельсам 6 перемещают с помощью ручного или механического привода в направлении камеры 1 пиролиза до соприкосновения торца корпуса 4 с торцом камеры 1 через уплотнительный шнур 22. Корпус 4 присоединяется посредством болтового соединения к камере пиролиза 1 и образует герметичное соединение. Рычаг 21 поворачивается по оси вращения в направлении «открыто» и открывается дверца 20 в пространство корпуса 4, тем самым проводится разгерметизация разгрузочного проема 2.
Гарпун 7 перемещается в направлении камеры 1 пиролиза, проходя через разгрузочный проем 2 до соприкосновения пробивной пики 11 со свивкой 15 сухих продуктов пиролиза. Посредством ударной силы, приложенной к основанию 9, со стороны привода возвратно-поступательного движения происходит пробивание свивки 15 пробивной пикой 11 и прохождение гарпуна 7 в камеру 1 пиролиза. Прохождение гарпуна 7 в камеру 1 пиролиза происходит до того момента, пока средство 10 поддержки и центровки достигнет своего конечного положения в направлении захвата и средство 12 зацепления будет находиться внутри свивки 15 сухих продуктов пиролиза. Натяжение рычага 17 в направлении выхода из камеры гарпуна 7 вызывает натяжение троса 16 и системы 14 тяг, которая приводит в действие выдвигающиеся пластины 13. Пластины 13 выдвигаются из прорезей, выполненных в основании 9, осуществляя надежное сцепление гарпуна 7 и свивки 15 сухих продуктов пиролиза. Для перемещения гарпуна 7 и удаления свивки 15 сухих продуктов пиролиза из установки его тянут за металлическую скобу 18 с помощью привода возвратно-поступательного движения до тех пор, пока средство 10 поддержки и центровки не достигнет своего конечного положения в направлении выгрузки. Конечное положение выгрузки гарпуна 7 определяется упором средства 10 поддержки и центровки в съемную крышку 8 корпуса 4. Поворачивается рычаг 21 по оси вращения в направлении «закрыто», и закрывается дверца 20, тем самым проводится герметизация разгрузочного проема 2. Корпус 4 устройства 3 выгрузки сухих продуктов пиролиза отсоединяется от торца камеры 1 пиролиза, и устройство 3 выгрузки сухих продуктов пиролиза перемещается от камеры 1 пиролиза до тупиковых упоров (не показано на чертежах), установленных на рельсах 6. Дверца 20 на время проведения процесса пиролиза фиксируется на болты к камере пиролиза для надежной герметизации разгрузочного проема.
Съемную крышку 8 отсоединяют от корпуса 4 и продолжают вытягивание гарпуна 7 при помощи привода возвратно-поступательного движения до полного выпадения из корпуса 4 как гарпуна 7, так и свивки 15 сухих продуктов пиролиза. Под действием ударной силы, приложенной к основанию 9 со стороны расположения металлической скобы 18, гарпун 7 смещается внутри свивки 15 сухих продуктов пиролиза и происходит складывание средства 12 зацепления. Свивка 15 сухих продуктов пиролиза беспрепятственно отделяется от гарпуна 7 и удаляется для ее последующей утилизации. Съемную крышку 8 с гарпуном 7 устанавливают в корпус 4. Цикл повторяется после окончания процесса пиролиза.