ПРОЦЕСС И УСТАНОВКА ПО ПЕРЕРАБОТКЕ РЕЗИНОСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ
PROCESS AND APPARATUS FOR PROCESSING RUBBER-CONTAINING WASTES

Изобретение относится к химической, нефтехимической и другим отраслям промышленности, а также к коммунальному хозяйству, к той области деятельности людей, где образуются полимерсодержащие отходы, может быть использовано при переработке отслуживших свой срок автопокрышек, а также при переработке отходов при их изготовлении.
Известны способы и устройства для пиролиза полимерсодержащих (и в первую очередь резиносодержащих) отходов в реакторах при температуре выше 500°С. При этом получают мазут, дизельную и бензиновую фракцию углеводородов, углеводородный газ и технический углерод (сажу). Однако пиролиз резины при температуре 500°С и выше создает условия для крекинга полимеров и масел вплоть до образования кокса, что ухудшает качество технического углерода (сажи). К тому же нагрев отходов до высокой температуры требует сложных технических решений и экономически невыгоден.
Пиролиз обычно производят на установках периодического действия с присущими им недостатками ввода-вывода реагентов, периодичностью нагрева и охлаждения реагентов и конструкции установки.
Дизельная и бензиновая фракция содержат большое количество непредельных углеводородов и поэтому не могут быть использованы в качестве составляющих товарных топлив.
Известны «Способ переработки резиносодержащих отходов» [1] и «Производство технического углерода, компонентов углеводородных топлив и сырья для химической промышленности из сырья - резиносодержащих промышленных и бытовых отходов» [2].
В них предлагается проводить термолиз резины в псевдоожиженном слое в потоке тяжелого углеводородного газа, содержащего алкилароматические соединения (толуол), при температуре и давлении, близком к критическим. Применение этого способа и производства имеет значительные преимущества перед пиролизом.
- Непрерывность процесса.
- Отсутствие дополнительных химикатов, кроме самой резины.
- Получение технического углерода без кокса.
- Низкая температура процесса.
- Надежное разделение жидких, газообразных и твердых продуктов реакции.
Однако псевдоожиженный слой (ПОС) накладывает ряд неудобств.
- Большое соотношение сырье:циркулирующий теплоноситель-ожижающий агент.
- Трудность вывода тяжелых компонентов из ПОС.
- Высокое давление в реакторе термолиза.
- Присутствие тяжелых углеводородов, адсорбированных пористым техническим углеродом (сажей).
Вышеуказанный «способ» и «производство» приняты нами за прототип.
Известны транспортные системы с безосевой спиралью, широко используемые во всем мире для переноски сыпучих материалов.
Преимущества спиральных транспортеров заключаются в следующем.
- Отсутствие застойных зон.
- Бесшумность.
- Низкое энергопотребление.
- Простой монтаж, долгий срок и безотказность эксплуатации.
- Бережная транспортировка продукта.
- И др.
Суть способа заключается в термолизе резины при температуре около 370°С в среде углеводородного газа-теплоносителя.
Резиносодержащие отходы измельчаются до размера, обеспечивающего наиболее полное удаление кордов, последние в виде металлолома и текстильной ваты подлежат реализации.
Резиновая крошка подвергается термолизу с получением продуктов: технического углерода (сажи), синтетической нефти и небольшого количества углеводородного газа. Технический углерод (сажа) представляет собой пористый продукт, содержащий в себе все твердые неразлагающиеся при термолизе добавки, вводимые при приготовлении сырой резины, и значительное количество (до 15% весовых) адсорбированных тяжелых углеводородов - масел, как введенных в резину при ее изготовлении, так и получаемых в результате термолиза, т.к. технический углерод с содержащимися в нем маслами в большинстве случаев неприемлем для дальнейшего использования в качестве наполнителя или красителя, то масла из технического углерода надо удалить. Необходимо удалить также из него остатки текстильного корда. Для этого предлагается горячий технический углерод после термолиза продувать определенным количеством воздуха. При этом масла десорбируются при локальной высокой температуре, часть из них сгорает, а часть выносится продуктами горения (дымовыми газами) и является одной из составляющих синтетической нефти. Соотношения между количествами технического углерода и воздуха, подаваемого на продувку, вполне определенное и составляет оптимально 8 литров воздуха на 1 кг технического углерода.
Эта цифра получена при эксплуатации пилотной установки, работающей по схеме, заявленной в настоящей заявке и полностью соответствующей реальной промышленной.
При меньшем количестве воздуха удаляются не все масла и теряется качество технического углерода. При большем количестве сгорает больше масел и тем самым уменьшается выход синтетической нефти. Кроме того, при этом сгорает часть техуглерода (наиболее мелкие частицы), что также уменьшает выход товарной продукции.
При выжиге остатков масел выжигаются также остатки текстильного корда.
Процесс термолиза предлагается проводить в реакторе, представляющем собой спиральный транспортер, в котором движителем сырья и твердых продуктов термолиза является спираль. Реактор состоит из двух секций. Секция реактора, в которой происходит термолиз резины, - секция термолиза. Температура термолиза 350-400°С, давление близкое к атмосферному.
Секция реактора - секция облагораживания технического углерода - доведения технического углерода до товарной кондиции, в которой происходит десорбция и выжигание масел, а также остатков текстильного корда из технического углерода.
Обе секции могут быть объединены единым движителем. В промежутке между ними устанавливают фильтр, через который пропускают газовые потоки обеих секций.
Уносимые этими потоками газа и отфильтрованные частицы технического углерода падают вниз и возвращаются в спиральный транспортер.
Указанные выше мероприятия позволили снизить минимальную кратность циркуляции теплоносителя с 4 до 2,5.
При реализации предлагаемого способа и создании предлагаемой установки получены: улучшение параметров процесса термолиза, упрощение, облегчение, удешевление конструкции основных элементов установки, осуществление более компактной и удобной компоновки агрегатов, упрощение и удешевление эксплуатации и управления процессом.
Схема установки, реализующей предлагаемый способ переработки, представлена на рис.1.
Основной аппарат-реактор выполнен в виде винтового транспортера 1.
2. Движитель сырья и твердых продуктов: спираль (спиральная пружина).
3. Привод движителя 2 - мотор-редуктор.
4. Секция реактора - секция термолиза.
5. Штуцер ввода сырья - резиновой крошки.
6. Штуцер ввода циркулирующего теплоносителя - газа испаренного и перегретого бензина.
7. Секция реактора - секция доведения технического углерода (сажи) до товарной кондиции
8. Штуцер ввода инертного газа.
9. Штуцер вывода товарного технического углерода.
10. Фильтр-сепаратор газопылевой.
11. Штуцер вывода газов.
12. Штуцер ввода воздуха.
13. Рубашка подвода тепла от циркулирующего теплоносителя через стенку реактора
14. Рубашка водяного или воздушного охлаждения технического углерода.
15 - теплообменник.
16 - рибойлер.
17 - ректификационная колонна.
18 - синтетическая нефть.
19 - циркулирующий теплоноситель.
20 - печь.
21 - холодильники.
22 - газожидкостные сепараторы.
23 - насосы.
24 - компрессор.
На рис.2 представлена схема реакторной группы установки с раздельными секциями реактора термолиза и секцией облагораживания.
25 - отдельная секция облагораживания технического углерода.
26 - отдельная секция термолиза резины.
27 - спираль - движитель секции термолиза.
28 - спираль - движитель секции облагораживания.
На рис.3 представлен реактор состоящий из одной самостоятельной секции термолиза.
29 - бункер.
30 - штуцер вывода технического углерода.
На рис.4 представлена самостоятельная секция облагораживания технического углерода.
31 - бункер необлагороженного технического углерода.
32 - питатель-дозатор.
Работа установки термолиза заключается в следующем: резиновая крошка подается питателем-дозатором (32) в реактор - спиральный транспортер, состоящий из двух секций, секции термолиза (4) и секции доведения технического углерода (сажи) до товарной кондиции (7).
Мягкие условия термолиза позволяют получить основной товарный продукт - технический углерод без нежелательного кокса, образование которого начинается при температуре выше 400°С из масел и тяжелых продуктов термолиза.
Резиновая крошка, а затем твердый продукт ее разложения - технический углерод продвигается вдоль транспортера (1) от штуцера (5) до штуцера (9) за счет вращения спирали (2), приводимой во вращение мотор-редуктором (3). Углеводородные продукты реакции вместе с газом-теплоносителем удаляют из реактора через рукавный фильтр (10) и штуцер (11), причем техуглерод, осевший на фильтре, падает вниз в основную часть углерода, перемещаемую спиралью. Синтетическая нефть удаляется вместе с теплоносителем, причем количество теплоносителя определяется таким образом, чтобы нефть по условиям фазового равновесия удалялась в газовой фазе.
2
Некоторое количество нефти(масел) остаются в техуглероде в адсорбированном виде. Удаление этой части масел из технического углерода производят в секции (7), между фильтром (10) и штуцером (12), путем десорбции и сгорания. Дымовые газы выводятся через фильтр (10) совместно с теплоносителем. Противоточное движение воздуха и технического углерода дает возможность проводить десорбцию масел дымовыми газами от сгорания масел - азотом, СО, и парами воды, а выжиг остатков масел производят кислородом воздуха.
При выжиге масел кислородом воздуха выжигаются также остатки текстильного корда.
Между штуцерами (12) и (8) технический углерод, продвигаясь к штуцеру (9), охлаждается водой или воздухом, циркулирующими через рубашку (14). Это предотвращает перегрев технического углерода.
Очищенный от масел, охлажденный до температуры, позволяющей затаривать его в мешки или в Big-Beg, выводится через штуцер (9) в товарной кондиции.
Таким образом, предлагаемый способ и его реализация в предлагаемой установке позволяют получить товарные продукты - синтетическую нефть и технический углерод, очищенный от масел и остатков текстильного корда.
Благодаря использованию в качестве реактора спирального транспортера, осуществляется непрерывный процесс подачи сырья - резиновой крошки и вывода продуктов реакции. Следует отметить также возможность проведения процесса с высокой степенью герметичности, исключающей выброс из системы и загрязнения окружающей среды нефтепродуктами и сажей.
Газообразные продукты, выводимые через штуцер (11), направляют через теплообменник 15), рибойлер (16) в колонну ректификации (17), где разделяют на газ, синтетическую нефть (18) и циркулирующий теплоноситель - бензиновую фракцию (19). Возможна рекуперация тепла продуктов термолиза в секцию термолиза через рубашку на трубе секции термолиза 7.
Теплоноситель нагревают в теплообменнике (15), испаряют и перегревают в печи (20) и направляют сначала в рубашку (13) для поддержания процесса термолиза, а затем в штуцер (6). На пути между ними возможен дополнительный подогрев теплоносителя в печи.
Для обеспечения интенсивного охлаждения технического углерода и пожаровзрывобезопасности через штуцер (8) вводится небольшое количество инертного газа - азота.
Углеводородный газ (17), продукт термолиза, совместно с дымовыми газами (7) используют для обратной продувки фильтра (10), для сжигания в печи (20) или направляют на сгорание на факеле.
Для полного извлечения бензиновой фракции синтетической нефти, сбросной газ сжимают в компрессоре (24), охлаждают в холодильнике (21) до конденсации тяжелых, которые возвращают в циркулирующий теплоноситель (19).
В целях экономии габаритов, занимаемой реактором площади возможно разделение секций (4) и (7). В этом случае выходы продуктов термолиза и газа облагораживания также в единый фильтр-сепаратор 10 технического углерода. Секции могут располагаться под любым углом друг другу (рис.2).
В необходимых случаях возможно использование секций независимо друг от друга. На рис.3 и 4 изображены отдельные секции термолиза и облагораживания, которые могут эксплуатироваться независимо друг от друга, что дает возможность облагораживать технический углерод, полученный на любых других установках.
Как показали исследования на пилотной установке, возможна переработка не только резины, но и других полимерных материалов.
По результатам работы на пилотной установке производительностью до 20 кг резиновой крошки в час можно сделать следующие выводы.
1. Получены товарные продукты: технический углерод (сажа) и синтетическая нефть.
2. Показана надежная непрерывная переработка резины длительное время.
3. Достигнуты компактность аппаратов, экологическая безопасность, хорошая управляемость процессом.
4. В несколько раз уменьшено количество циркулирующего теплоносителя по сравнению с установками с псевдоожиженным слоем.
ЛИТЕРАТУРА
1. RU 2220986 С1.
2. RU 2006146634 А.