МОБИЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ РЕЗИНОСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ

Полезная модель относится к области термической переработки твердых органических отходов, в частности к устройствам переработки резиносодержащих отходов, и может быть использована для утилизации изношенных автомобильных шин с получением твердого углерода и других продуктов, которые могут быть использованы в качестве углеводородсодержащего сырья для различных производств.
Постоянно растущее количество отходов резиносодержащих и полимерных отходов, в частности изношенных автомобильных шин и покрышек, создает проблему их утилизации и переработки. Сжигание или захоронение этих отходов требует значительных энергетических затрат, приводит к загрязнению окружающей среды, а также к потере органического и металлического вторсырья. Глубокая комплексная переработка этих отходов позволяет получить продукты, которые могут быть использованы в качестве сырья для различных производств.
Известны многочисленные установки комплексной переработки твердых органических отходов (резиносодержащих или смеси резиносодержащих и полимерных отходов) с получением из них углеводородсодержащих продуктов: бензина, дизельного топлива, технического углерода и других.
Известна установка для переработки старых резиновых автомобильных покрышек и других полимерных отходов (WO 99/08849, В29В 17/00, С10В 53/00, 1999 г.). Целые или измельченные отходы направляют в реактор пиролиза, в котором в отсутствие кислорода в среде инертного газа при температурах до 900°С происходит их деструкция с последующим выделением парогазовой углеводородной смеси и твердого углеродсодержащего остатка. Твердый остаток разделяют на технический углерод и металлокорд, а парогазовую смесь охлаждают с разделением на жидкие углеводороды и углеводородсодержащий газ. В процессе переработки образуются около 40 вес.% жидких углеводородов, технического углерода 45 вес.%, газа 10%. Часть образовавшихся газа и жидких углеводородов направляют на сжигание и обогрев реактора пиролиза.
Недостатками известной установки являются высокая энергоемкость, поскольку процесс пиролиза ведут при высоких температурах, а нагрев реакционной смеси в реакторе пиролиза производят через его стенки, и невысокая экологическая чистота, поскольку выхлопные газы, образующиеся в процессе переработки отходов, сбрасывают в атмосферу. Данная установка из-за сложности в эксплуатации ограничена для использования на территориях с повышенной сейсмичностью и не обладает мобильностью.
Известна установка переработки органического сырья в топливные компоненты (патент РФ на изобретение №2182684, F23G 5/027, 2000 г.). Установка для переработки органического сырья включает приемный бункер для подачи сырья, реактор для пиролиза с реакционной камерой, систему разделения парогазообразной смеси и средство для выгрузки, в верхней части реактора для пиролиза дополнительно размещен шлюзовой дозатор загрузки с приводом, в нижней части реактора выполнена кольцевая топочная камера, расположенная вокруг реактора для пиролиза, а средство для выгрузки выполнено в виде шлюзового дозатора выгрузки с приводом. Кольцевая топочная камера имеет тангенциальные подводы для введения обратного газа и воздуха. Вход кольцевой топочной камеры оборудован горелкой с приспособлением для ионизации и дугового воспламенения вводимых топливных компонентов, а выходы выполнены радиальными и размещены по периметру реакционной камеры реактора для пиролиза.
Недостатками известной установки являются высокая энергоемкость, поскольку процесс пиролиза ведут при высоких температурах, невысокая экологическая чистота, поскольку выхлопные газы, образующиеся в процессе переработки отходов, сбрасывают в атмосферу, получаемая топливная жидкость из-за отсутствия процесса ректификации не разделена на фракции: мазут, соляр, бензин. Кроме того, данная установка ограничена в применении на территориях с повышенной сейсмичностью из-за конструктивных особенностей и не мобильна.
Наиболее близкой по технической сущности к предложенной установке является установка для переработки резиносодержащих отходов (RU, патент №2291168, В29В 17/00; С08J 11/14; 2005 г.). Установка содержит узел термического разложения отходов на парогазовую смесь и твердый остаток, выполненный в виде реактора пиролиза, которая соединена с узлом предварительной подготовки отходов, узлом нагрева углеводородсодержащего газа, состоящим из топки и теплообменника, системой выделения углеродсодержащего продукта. Система выделения включает 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. Кроме того, установка содержит устройство транспортировки твердого остатка и узел разделения металлокорда и технического углерода, систему фракционирования парогазовой смеси, снабженной трубопроводами отвода тяжелой углеводородной фракции и вторичной парогазовой смеси. 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. Выделение жидкой фазы из парогазовой смеси ведут в три ступени.
К недостатками этой установки следует отнести:
- наличие установки для продувания углеводородосодержащим газом с последующей пропиткой углеводородным растворителем с температурой кипения не выше 220°С;
- выделение жидкой фракции ведется в три ступени;
- полученные углеводородсодержащие продукты не обладают высоким качеством из-за отсутствия стадии ректификации.
Перечисленные недостатки приводят к увеличению расходных материалов (углеводородный растворитель), увеличению капиталоемкости оборудования (дополнительные операции и наличие дополнительного оборудования), увеличение энергоемкости, увеличение продолжительности процесса получения фракций. Кроме того, указанная выше установка не обеспечивают надежную работу в условиях сейсмичности, вследствие конструктивных особенностей оборудования, а также не обладает мобильностью.
Задачей полезной модели является создание мобильной, энергосберегающей, надежной в условиях сейсмичности и экологически чистой установки для переработки резиносодержащих отходов и получения высококачественных углеводородсодержащих продуктов, а кроме того, выполненной по блочной схеме, позволяющей производить ее быстрый монтаж и демонтаж.
Технический результат, полученный от использования предложенной полезной модели, заключается в снижении энергоемкости процесса переработки резиносодержащих отходов с получением углеродсодержащего и углеводородсодержащих продуктов высокого качества в условиях повышенной сейсмичности. Кроме того, блочная конструкция установки и мобильность позволяют перемещать ее к месту нахождения большого количества резиносодержащих отходов.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что в мобильной установке для переработки резиносодержащих отходов, содержащей узел предварительной подготовки, узел термического разложения отходов на парогазовую смесь и твердый остаток, выполненный в виде реактора пиролиза, соединенного с узлом предварительной подготовки отходов, системой выделения углеродсодержащего продукта, включающей сборник твердого остатка, устройство транспортировки твердого остатка и узел разделения металлокорда и технического углерода, и системой фракционирования парогазовой смеси, снабженный трубопроводами отвода тяжелой углеводородной фракции и вторичной парогазовой смеси, а трубопровод углеводородсодержащего газа соединен по меньшей мере с топкой и теплообменником, реактор пиролиза выполнен вертикально-шахтного типа, система фракционирования парогазовой смеси выполнена в одну ступень и включает коалисцентный сепаратор, газопромыватель, гидроциклон, кроме того, установка дополнительно снабжена блоком ректификации, который включает расходную емкость, печь пиролиза (подогрева), колонну четкой ректификации пленочного типа, охладитель-конденсатор бензиновой фракции, охладитель-конденсатор соляровой фракции, сепаратор аэрозолей, емкость-сборник для тяжелой фракции, емкость-сборник для бензиновой фракции и емкость-сборник для соляровой фракции, а также свечу, при этом реактор пиролиза через циклон и фильтр каталитической очистки газов соединен трубопроводами с газопромывателем, который соединен трубопроводом с гидроциклоном, к газопромывателю подключен турбокомпрессор, кроме того, гидроциклон через насос соединен трубопроводами с коалисцентным сепаратором, который через сборную емкость и печь пиролиза соединен трубопроводами с ректификационной колонной, которая через холодильники-конденсаторы соединена с емкостями для фракции бензина, для фракции соляра и с емкостью для тяжелых фракций, коалисцентный сепаратор соединен с фильтром, один из холодильников-конденсаторов через газожидкостный сепаратор соединен с емкостью для фракции бензина и через насос со свечой и печью пиролиза, кроме того, ректификационная колонна соединена газоходом через накопительную емкость с реактором пиролиза, а для обеспечения мобильности вся установка смонтирована на разборной раме, состоящей из шести модулей.
Для обеспечения сейсмоустойчивости установки конструкция рамы и трудопроводы выполнены усиленными.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема мобильной установка для переработки резиносодержащих отходов; на фиг.2 - блочная конструкция рамы для монтажа установки (в аксонометрии).
Мобильная установка для переработки резиносодержащих отходов содержит бункер загрузочный 1, который соединен с реактором пиролиза 2. Реактор пиролиза 2 через циклон 3 и фильтр каталитической очистки газов 4 соединен трубопроводами с газопромывателем 5. Газопромыватель 5 соединен трубопроводом с гидроциклоном 6. К газопромывателю 5 подключен турбокомпрессор 7. Гидроциклон 6 через насос 8 соединен трубопроводами с коалисцентным сепаратором 9, который через сборную емкость 10 и печь пиролиза 11 соединен трубопроводами с ректификационной колонной 12. Ректификационная колонна 12 через холодильники-конденсаторы 13 и 16, соединена с емкостью 15 для фракции бензина, через холодильник-конденсатор 14 с емкостью 17 для фракции соляра и с емкостью 18 для тяжелых фракций. Сепаратор 9 соединен с фильтром 19. Холодильник-конденсатор 16 через газожидкостный сепаратор 20 соединен с емкостью 15 и через насос 21 со свечой 22 и печью пиролиза 11. Кроме того, ректификационная колонна 12 соединена через емкость 18 с реактором 2 пиролиза.
Мобильная установка для переработки резиносодержащих отходов является передвижной разборно-модульной конструкцией и состоит из отдельных модульных блоков, устанавливаемых на общей раме (фиг.2):
- блок №1-23 (бункер загрузочный);
- блок №2-24 (блок пиролиза);
- блок №3-25 (узел каталитической и мокрой очистки);
- блок №4-26 (узел разделения);
- блок №5-27 (узел ректификации);
- блок №6-28 (теплообменники).
Установка для переработки резиносодержащих отходов работает следующим образом.
Измельченные резиносодержащие отходы (цельные шины, измельченные шины или цельные шины, заполненные кусками измельченных шин) подаются в приемный бункер 1. Переработка изношенных автопокрышек основана на способе предварительной разделки автопокрышек на относительно крупные части (размеры куска 20х20х18 см). Далее разделанные автопокрышки поступают на загрузку в реактор пиролиза 2.
Структура резины представляет собой сложную пространственную сетку. Ее узлами являются поперечные сшивки между макромолекулами каучука. Им присущи несколько основных типов химических связей: углерод-углеродные, моносульфидные, дисульфидные, полисульфидные и прочие. Наряду с поперечными связями в молекулярных цепях содержатся боковые группировки, состоящие из молекул вулканизирующих веществ и ускорителя вулканизации, сернистые и кислородные соединения. При температурном воздействии начальным актом распада вулканизированной резины является разрыв наиболее слабых мест в пространственной сетке и полимерных цепях. Такими местами являются полисульфидные, сульфидные и кислородные связи. Продукты распада полимерных связей вступают во вторичные реакции между собой, в результате которых образуются как низкомолекулярные, так и высокомолекулярные соединения-бензины, керосин-лигроиновые фракции, тяжелые осмоленные остатки и зольный углеродсодержащий остаток. Для получения максимального выхода жидкого топлива необходимо подавлять вторичные реакции. Для этого образующаяся парогазовая смесь эвакуируется на очистку (фильтр 4) и охлаждение (газопромыватель 5), что предотвращает дальнейший распад жидких углеводородов в неконденсируемые газы. Состав и физико-химические свойства продуктов пиролиза амортизационной резины меняются в зависимости от температуры пиролиза, давления газа в реакторе 2 и прочих условий проведения процесса. За критерий оптимальности ведения процесса пиролиза автопокрышек принят максимальный выход жидкой фракции. Температура, соответствующая максимальному выходу жидкой фракции равна 487°С, принята как оптимальная, температурная область ведения процесса (в средней части реактора) 450-600°С, при этом получаются следующие продукты, %:
- СЖТ
40-45
- пиролизные газы
10-30
- зольный углеродсодержащий остаток
25-30
-металлокорд
-10.
Потребление сырья в час в виде разделанных автопокрышек - не менее 2,5 тонн. Сырье контейнерами подается к загрузочному люку реактора пиролиза 2 в его верхней части и загружается в приемный бункер 1. Наполненный бункер! закрывается верхней крышкой и в закрытом состоянии разгружается в реактор пиролиза 2 через нижнюю задвижку (захлопку). По мере продвижения сырья в реакторе пиролиза 2 нижняя задвижка бункера 1 освобождается и закрывается. Далее происходит следующий этап загрузки бункера 1.
2
2
Сырье в реакторе пиролиза 2 подвергается пиролизу при температуре 450-600°С, в процессе которого получаются полупродукты: пиролизный газ, жидкотопливная фракция, водная фракция, зольный углеродсодержащий остаток и металлокорд. Пиролизный газ частично возвращается в топку реактора для поддержания процесса пиролиза. Расход пиролизного газа регулируется задвижкой на газоходе и контролируется показаниями датчиков температуры реактора (температура не должна превышать 600°С на термодатчике). Оставшаяся часть газа передается в печь пиролиза 11 ректификационной колонны 12 или дожигается в факеле (свече) 22. Зольный углеродсодержащий остаток после охлаждения и гашения подвергается сепарации с целью отделения проволоки металлокорда. Металлокорд далее прессуется в брикеты и направляется на склад для дальнейшей отгрузки, зольный остаток направляется на склад временного хранения отходов. Жидкая топливная фракция подвергается обезвоживанию в коалесцентном сепараторе 9, после чего направляется в накопительную емкость 10 и далее для дальнейшей переработки. Водная фракция очищается от пиролизного топлива в коалесцентном сепараторе 9 и частично подается на охлаждение в газопромывателе 5. Излишек конденсата направляется на дополнительную очистку на цеолитовый фильтр 19 и далее на сброс в канализацию. Для очистки газов пиролиза от сернистых газов в циркулирующую промывную воду добавляется раствор гидроокиси кальция (гашеная известь). Для нейтрализации сернистых газов подается в оборотную воду 3 кг раствора гидроокиси кальция (Са(ОН)) в перерасчете на чистую активную известь. В результате взаимодействия Ca(OH) и сернистых газов в оборотной воде образуется нерастворимый сульфат кальция - гипс, который выводится из системы оборотного водоснабжения при помощи гидроциклона 6, в количестве до 10 кг в час в пересчете на сухое вещество. Гипс является нетоксичным веществом и может применяться как вяжущее средство в строительных материалах.
2
2
3
В системе предварительной очистки в циклоне 3 задерживаются и осаждаются наиболее крупные частички золы. Химический состав золы представлен, в основном, инертными материалами, такими как CaO, SiO, АlО. По мере накопления отправляется на склад временного хранения отходов. В дальнейшем зола может быть использована в строительной промышленности как наполнитель.
Производительность блока ректификации по исходному сырью (СЖТ), тонн/сутки
- СЖТ
-15-40
в том числе,%
- бензин
-20-40
- дизтопливо
-30-50.
СЖТ из расходной емкости 10 подается насосом в пиролизную (трубчатую) печь 11, где нагревается до температуры 340-350°С. Образовавшаяся парожидкостная смесь подается в ректификационную колонну 12. Ректификационная колонна 12 представляет собой тепломассообменный трубчатый аппарат, в котором используется принцип четкой пленочной ректификации. Внутри ректификационная колонна конструктивно разделена на технологически самостоятельные трубчатые секции, в которых последовательно конденсируются снизу вверх мазутная, соляровая и бензиновая фракции. В самом верху колонны расположен дефлегматор, конструктивно вписанный в тело колонны. Самые тяжелые фракции СЖТ самотеком вытекают из низа колонны через гидрозатвор и сливаются в приемную емкость 18. Далее тяжелые фракции СЖТ поступают на вторичную переработку в реактор пиролиза 2. Дистиллят дизельного топлива накапливается в средней секции ректификационной колонны и, по мере заполнения, стекает в холодильник-конденсатор 16. После холодильника-конденсатора 14, охлажденный до 40°С дистиллят дизельного топлива через гидрозатвор сливается в приемную емкость 17 для соляровой фракции. В верхней секции колонны 12 скапливается бензиновая фракция. По мере заполнения секции излишки бензиновой фракции удаляются через гидрозатвор в холодильник-конденсатор 13, а оттуда - в приемную емкость 15 для бензина.
2
3
2
Парогазовая смесь, покидая ректификационную колонну 12, все еще содержит некоторое количество паров легких бензиновых фракций в виде аэрозоля. Для их дальнейшего улавливания далее стоит сепаратор аэрозолей 20. В нем на специальных поверхностях аэрозольные частицы улавливаются, и в виде жидкости сливаются через гидрозатвор в приемную емкость 15. Несконденсировавшиеся углеводородные газы подаются по газоходу на горелки печи пиролиза 12. Образующиеся газы пиролиза для предотвращения паров СЖТ, сразу же удаляются из реактора по газоходу. Удаляемые газы, помимо токсичных газов (HS, SO, СO), загрязнены мелкой угольной пылью, частичками золы размерами 0,01-0,3 мм. Для удаления основной массы твердых частиц в диапазоне 0,02 мм и выше на выходе из реактора на тракте газохода установлен циклон 3. Далее частично очищенная газовая смесь поступает в фильтр 4. Фильтр 4 заполнен цеолитом. Перед загрузкой цеолиты прокаливаются. Для загрузки отбирается фракция 0,5-1 см.
2
3
2
В фильтре 4 пиролизный газ дополнительно очищается от сернистых соединений (HS, SO) - степень очистки 85%. По мере уменьшения активности катализатора последний заменяется на свежую партию. Далее газы пиролиза по газоходу направляются на окончательную очистку от тонкой минеральной взвеси, сернистых соединений, охлаждения и конденсацию водяных паров в газопромываетеле-холодильнике 5. Для окончательного удаления сернистых газов на орошение газопромывателя подается раствор гашеной извести СА(ОН). Осадок, состоящий из золы и гидросульфида кальция удаляется из водного раствора через гидроциклон 6. Одновременно с очисткой в скруббере-газопромывателе 5 из газов пиролиза происходит конденсация паров воды и жидких углеводородов. Насосом 8 смесь воды и СЖТ подается в коалесценный сепаратор 9, где происходит разделение водотопливной смеси на водную и топливную фракции. Избыток сконденсировавшейся воды удаляется по трубопроводу и далее на угольный фильтр 19 для окончательной очистки. Оставшаяся вода снова поступает в газопромыватель. Очищенное СЖТ самотеком поступает в сборную емкость 10. Из сборной емкости 10 через обратный клапан подается в печь пиролиза 11 для нагрева по трубопроводу. Далее нагретая парогазовая смесь по газоходу подается в ректификационную колонну 12 на разделение по фракциям. Из ректификационной колонны 12 полученные продукты направляются в накопительные емкости: мазут по трубопроводу в емкость 18; соляровая фракция в емкость 17, бензиновая - в емкость 15. Несконденсировавшиеся углеводородные газы, состоящие в основном из метана, этана и т.д. через газожидкостный сепаратор 20 направляются в печь пиролиза 11 на сжигание.
Электроснабжение установки производится от общей сети переменного тока напряжением 380 вольт. Возможен вариант автономного энергообеспечения. При этом установка подключается через свой распределительный щит к автономному источнику электрической энергии (дизель-электростанция, ветроэлектростанция и т.п.).
Модульные блоки 23-28 монтируются на общей разборной раме. Монтаж осуществляется на площадке с ровной твердой поверхностью, обеспечивающей устойчивое положение установки. Отдельно, по уровнемеру, центрируют положение ректификационной колонны, которая во избежание нарушения режимов ректификации должна находиться строго вертикально. После предварительной юстировки приступают к соединению газоходов и водопроводных магистралей. Подключают электроагрегаты установки к электрическому питанию. Все силовые кабели должны находиться в бронированной оплетке. Установка должна иметь надежное заземление и громоотвод. После завершения монтажных работ проводят дополнительную юстировку ректификационной колонны с помощью болтов крепления ректификационной колонны к раме.