УСТРОЙСТВО ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ УТИЛИЗАЦИИ РЕЗИНЫ И РЕЗИНОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПОНЕНТОВ

Полезная модель относится к устройствам для осуществления крекинга - высокотемпературной утилизации резины и резинотехнических компонентов на основе метода Фишера-Тропша и Винклера-Лурги - и может быть использована для получения водорода, монооксида углерода, двуокиси углерода и метана как смеси синтез-газов, жидких смол (дистилляты, применяемые в качестве моторных топлив) и пироуглерода с металлическим кордом.
Известно устройство, осуществляющее переработку изношенных шин (RU 2251483, B29B 17/00, B29K 105:06, опубликован 10.05.2005), в котором их подготавливают и подают в реактор через шлюзовую камеру. Осуществляют пиролиз под давлением в среде перегретого пара, проводят последующее отделение твердой фазы, разделение жидкой и парогазообразной фаз со сжиганием последней для поддержания процесса пиролиза и удаление из реактора жидкой и твердой фаз. Пиролиз проводят в реакторе под давлением разрежения в интервале 0,01-0,1 атм в режиме непрерывной загрузки шин и выгрузки твердой фазы. Шлюзовые камеры заполняют водой с возможностью загрузки и выгрузки реактора с образованием водяного затвора. Парогазообразную фазу дополнительно подвергают каталитическому крекингу. Жидкую фазу в количестве 25-30% сжигают в реакторе для поддержания процесса пиролиза.
Недостаткам данного устройства является: подготовка (разрезание) шин перед пиролизом, сжигание полученных газообразных и жидких продуктов для поддержания процесса пиролиза (конвекционный нагрев) с образованием дымовых газов, что в конечном итоге увеличивает энергоемкость и длительность процесса пиролиза, снижает его экологичность, а также уменьшает рациональность использования конечных продуктов
Известно устройство, осуществляющее способ термической переработки изношенных шин, включающий их загрузку в реактор, пиролиз материала с последующим разделением продуктов реакции и выгрузку пирокарбона и корда. Пиролиз проходит при температуре до 1000°C под воздействием восстановительного газа (GB 1481352, 1977).
Недостатком устройства, осуществляющего данный способ является сложное аппаратурное оформление процесса и большие энергетические затраты в процессе термического разложения, пагубное влияние высоких температур на образование токсичных соединений.
Известно устройство, реализующее способ переработки изношенных шин, который протекает при температурах 400-600°С с образованием парогазовых продуктов и твердого углеродного остатка, при этом проводят охлаждение парогазовых и угольных продуктов до 40-50°С, разделение их на жидкие и парообразные фазы и твердый углеродный остаток, при этом охлаждение углеродного остатка проводится за счет испарения в зоне охлаждения пиролизной воды с добавлением газообразного аммиака (RU №2142357, 1999).
Недостатком устройства, реализующего данный способ является то что процесс переработки осуществляются в среде кислородсодержащего газообразного агента, подаваемого в слой перерабатываемого материала, т.е. в окислительном газовом объеме, что пагубно влияет на экологичность.
Известно устройство, реализующее способ переработки изношенных шин, в котором измельченные шины загружают в реактор, пиролиз материала разложение осуществляют при температуре 550-800°С в среде восстановительного газа при отношении восстановительного газа к материалу 0,20-0,45:1 с последующим разделением продуктов пиролиза. Восстановительный газ получают методом неполного сгорания углеводородов, а при окончании пиролиза подают перегретый пар при 250-300°С в количестве 0,03-0,12:1 к загружаемому материалу (RU №2139187, B29B 1999)
Недостатком данного устройства является высокий показатель энергетических затрат за счет использования внешних источников углеводородов для восстановительного газа и пара.
Наиболее близкими по совокупности существенных признаков является способ переработки углерод - и/или углеводородсодержащих продуктов и реактор для его осуществления. Реактор имеет зону коксования и пиролиза, а также зону синтеза и гидрирования углеводородов с температурой 250-400°С, при этом в зоне горения поддерживают температуру 850-1300°С, в зоне коксования и пиролиза выделяют химически несвязный углерод и в зоне горения обрабатывают его водяным паром с образованием свободного водорода, который попадают в зону синтеза и гидрирования, последовательно осуществляя синтез и гидрирование углеводородов, при этом внутри рабочего пространства реактора формируется разряжение, и процесс ведут в присутствии катализатора, который входит в состав насадки (RU №2385343, 2006).
Недостатками устройства является необходимость использования дополнительного водорода, что приводит к усложнению конструкции (хранение, использование), разные температуры в зонах протекающих реакций, способные термомеханическими нагрузками на общий корпус реактора разрушить его, ацикличность реакции, ввиду конструктивной особенности реактора (одна общая рабочая зона), высокие температуры в рабочей зоне вызывают образование монооксид азота (II-IV), излишнего количества оксидов и кислотных компонентов.
Задачей, на решение которой направлена данная полезная модель, является высокотемпературная утилизация резины и резинотехнических компонентов с помощью перегретой смеси синтез-газов и водяных паров как основы конвекционного нагрева.
-3
Технический результат, достигаемый полезной моделью, заключается в повышении эффективной циклической работы устройства с получением синтез-газов с высшей теплотой сгорания (2,80-4.9 кВт*ч*м), причем на достижение данного результата влияют:
- конструкция реактора выполненная конусно; - система паро-синтез-газового дутья через сопла; - система подогрева синтез-газа; - система очистки синтез-газа и система синтез-газового ресивера (хранения); причем совокупность всех систем влияет на достижение результата со значительным уменьшением энергетических и материальных затрат в отличие от ранее заявленных образцов.
Сущность полезной модели заключается в достижении указанного технического результата в устройстве высокотемпературной утилизации резины и резинотехнических компонентов, которая содержит реактор с тремя зонами, первая из которых включает горловину реактора и размещенной в ней шлюзовой камерой загрузки, и патрубком отвода синтез-газов, вторая - рабочая - выполнена в виде вертикально установленной конусообразной емкости с ватержакетом и заужением в нижней точке со средствами подогрева, в которой расположена распашная колосниковая решетка, а на корпусе в зоне решетки установлены паро-синтез-газовые сопла, и третья - для выгрузки пироуглерода с металлическим кордом, при этом патрубок отвода синтез-газа связан с первой ступенью трехступенчатой ректификационной колонны для дистилляции жидких смол с последующим их разделением, третья ступень колонны связана с синтез-газовым ресивером (для хранения синтез-газа), патрубок выхода синтез-газа из ресивера через рекуперативный теплообменный аппарат для подогрева синтез газа связан с паро-синтез газовыми соплами рабочей зоны реактора, при этом первая ступень ректификационной колонны имеет средства для ее охлаждения низкотемпературным паром, вторая - горячей водой и третья - холодной водой, а между реактором и первой ступенью ректификационной колонны на патрубке отвода синтез-газов установлен золоуловитель.
Полезная модель поясняется чертежом, где приведена схема устройства для высокотемпературной утилизации резины и резинотехнических компонентов.
Устройство для высокотемпературной утилизации резины и резинотехнических компонентов содержит реактор 1 с ватержакетом 1.1, с горловиной 2, в которой установлена шлюзовая камера 3, имеющий средства для подогрева (на чертеже не показаны). Внутри реактора размещена распашная колосниковая решетка 4, а на его корпусе - паро-синтез-газовые сопла 5, установленные в зоне решетки 4. В нижней зоне реактора установлено средство выгрузки пироуглерода с металлическим кордом, в частном выполнении - выгружной шнек 6, под выходной частью которого размещена емкость 7 охлаждения и выгрузки пироуглерода с металлическим кордом. В верхней части реактора, в частном выполнении на горловине 2, установлен патрубок 8 отвода синтез-газа, связанный через золоуловитель (циклон) 9 с первой ступенью трехступенчатой ректификационной колонны, имеющей последовательно соединенные ступени - первую 10, вторую - 11 и третью - 12. Третья ступень 12 ректификационной колонны связана с синтез-газовым ресивером 13 хранения синтез-газа, патрубок 14 выхода которого через рекуперативный теплообменный аппарат 15 для нагрева синтез-газа связан с паро-синтез-газовыми соплами 5 реактора.
Первая ступень 10 ректификационной колонны имеет средства для ее охлаждения низкотемпературным паром с температурой 145°С - в частном выполнении - установленная на первой ступени кожухо-трубная рубашка 16, связанная с источником 17 низкотемпературного пара, вторая ступень 11 имеет средства для ее охлаждения горячей водой с температурным графиком 105-70°С - в частном выполнении - установленная на второй ступени кожухо-трубная рубашка 18, связанная с источником 19 горячей воды, третья ступень имеет средства для охлаждения холодной водой - в частном выполнении - установленная на третьей ступени кожухо-трубная рубашка 20, связанная с источником холодной воды 21, например воздушным конденсатором.
Емкость 7 охлаждения и выгрузки пироуглерода с металлическим кордом выполнен с ватержакетом, в качестве охлаждения применено термомасло АМТ-300Т. Ресивер 13 (газгольдер низкого давления) выполнен согласно ГОСТ 5172-63. рекуперативный теплообменный аппарат 15 для нагрева синтез-газов выполнен по ГОСТ Р 53321-2009. Внутренняя часть реактора покрыта слоем абсорбирующего жаростойкого керамзитобетона марки BRРВ12,5, а внешняя часть реактора покрыта ватержакетом - вторым корпусом наполненным жидкостью.
В устройстве предусмотрены предохранительно-сбросные устройства на - пар, синтез-газ, трубопроводы.
Реактор 1 выполнен овально конусным и имеет, по сути дела, три зоны:
1-я зона - шлюзовая камера для сушки и предварительного нагрева,
2-я зона - рабочий объем реактора до распашной колосниковой решетки 4, где протекает процесс высокотемпературной утилизации резины и резинотехнических компонентов,
3-я зона - рабочий объем реактора под решеткой 4 в зоне выгружного шнека 6, где происходит выпадение пироуглерода с металлическим кордом с удалением смеси в емкость 7 сбора и охлаждения.
Работает устройство следующим образом.
Измельченные резинотехнические компоненты подаются транспортировочным конвейером в расположенную на горловине реактора шлюзовую камеру 3, в которой осуществляется сушка и предподгрев (разогрев резин, шихты до 150-200°С), в процессе второго этапа разогретая масса поступает в реактор и располагается на распашной колосниковой решетке 4, поступление перегретого паро-синтез-газа в зону реактора происходит через паро-синтез-газовые сопла 5 расположенные в корпусе реактора, в рабочей зоне реактора протекает процесс гетерогенной химической реакции завершением, которой является крекинг высокотемпературной утилизации резины и резинотехнических компонентов до смеси синтез-газов, жидких смол и пироуглерода с металлическим кордом. Синтез-газы, образовавшиеся в процессе крекинга, удаляются через газоотвод 8 расположенный в горловине 2 реактора, завершающимся третьим этапом является выпадение пироуглерода с металлическим кордом в зону выгружного шнека 6, откуда перемещаются в емкость 7 охлаждения и выгрузки.
Для очистки отводимых из реактора 1 через патрубок 8 синтез-газа предусмотрен золоуловитель (циклон) 9 выполненный из нержавеющей жаропрочной стали 20Х23Н18, 20Х13, 30Х13 и 40Х13. После золоуловителя конденсация жидких продуктов (смол) протекает в трехступенчатой ректификационной колонне (скубере) с охлаждением низкотемпературным паром 145°С в первой ступени, с последующим охлаждением горячей водой с температурным графиком 105-70°С во второй ступени с охлаждением холодной водой в третьей ступени.
Из третьей ступени 12 ректификационной колонны охлажденный синтез-газ подается в ресивер 13, далее нагревается в рекуперативном теплообменном аппарате 15 и подается на паро-синтез-газовые сопла 5.
В полезной модели высокотемпературной утилизации резины и резинотехнических компонентов происходит за счет подачи в рабочую зону реактора перегретого паро-синтез-газа, что позволяет добиться циклического процесса, и производить синтез-газ с оговоренной теплотой сгорания с помощью риформинга на катализаторе, содержащем 2-3% никеля.