УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ РЕЗИНОВЫХ ОТХОДОВ

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для переработки резиновых отходов, преимущественно к устройствам для переработки изношенных автомобильных шин посредством теплового пиролиза в среде теплоносителя и обеспечивающим получение конечных продуктов различных фракций, как для их утилизации, так и для использования их в других технологических процессах.
В настоящее время известно достаточное количество различных устройств для переработки резиновых отходов. Все они основаны на использовании свойства резины, в определенных условиях, разлагаться под действием высокой температуры. (см., например, RU 2080994, опубл. 1997.06.10.).
Наиболее близким из известных является устройство для переработки резиновых изделий в основном изношенных автомобильных шин путем теплового пиролиза (BY u 992, опубл. 2003.09,30.).Указанное устройство состоит из теплового реактора, корпус которого имеет цилиндрическую форму, содержащего теплоизолированную рабочую камеру, устройство нагрева, которое взаимодействует с реактором на определенном участке поверхности его корпуса. Реактор снабжен также средством накопления и распределения тепловой энергии по поверхности рабочей камеры в виде слоя засыпки, размещенной на наружной поверхности рабочей камеры, средством извлечения газообразной и жидкой фазы продукта пиролиза, выполненного в виде конденсатора для разделения конденсата на газообразную и жидкую фазы. Устройство дополнительно содержит средство непрерывной подачи тепловой энергии в рабочую камеру реактора, выполненное в виде трубопровода, один участок которого расположен с возможностью прямого контакта с устройством нагрева и имеет выход в рабочую камеру реактора. В соответствующей зоне корпуса реактора выполнено впускное отверстие, форма и размер которого соответствует форме и размеру поперечного сечения трубопровода, при этом трубопровод и отверстие в корпусе реактора соединены герметично, а участок трубопровода, входящий в рабочую камеру снабжен средством равномерного распределения теплоносителя по объему рабочей камеры. Реактор дополнительно содержит камеру загрузки и камеру охлаждения со средством подачи охлаждающей среды, которые расположены соответственно до и после рабочей камеры. Средство загрузки резиновых отходов и средство извлечения твердой фазы
продукта пиролиза выполнено в виде транспортного средства и представляет собой группу подвижных транспортных тележек, при этом корпус реактора в зоне рабочей камеры выполнен смежным с устройством нагрева.
В описанном выше устройстве согласно поставленной задаче обеспечивается снижение энергоемкости и сокращение выбросов вредных веществ в окружающую среду путем дополнительного ввода трубопроводов с нагретым паром внутрь рабочей камеры и размещения его в нижней части камеры. Однако из-за выполнения корпуса реактора и соответственно рабочей камеры цилиндрической формы и расположения в ней группы тележек между стенками камеры и тележками образуются многочисленные зазоры, через которые происходит свободный «проскок» значительного количества пара мимо слоя обрабатываемого материала непосредственно к зоне отсоса газообразной фракции из рабочей камеры. Это значительно ухудшает экономические показатели процесса из-за повышенного расхода перегретого пара. Кроме того, данное устройство обладает большой инерционностью при разогреве реактора из-за наличия толстого слоя засыпки, размещенного на наружной поверхности рабочей камеры. В нем не используется тепло отработанных топочных газов, отсутствует очистка и возврат в цикл пиролиза конденсата водяного пара, а возможность попадания в жидкую фракцию после конденсации большого количества загрязненного токсическими веществами конденсата отрицательно влияет на экологические показатели процесса. Помимо этого, устройство громоздкое, металлоемкое, поэтому может использоваться только в стационарных условиях, что требует постоянного сбора и подвозки перерабатываемого сырья, увеличивая затраты на его транспортировку.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности устройства, расширение его эксплуатационных возможностей, повышение экологических показателей устройства. Технический результат достигается снижением энергозатрат, возможностью повторного использования рабочих сред и продуктов пиролиза предыдущих циклов, упрощением конструкции устройства, уменьшением количества вредных выбросов в окружающую среду. Задача решается следующим образом.
В предлагаемом устройстве для переработки резиновых отходов содержится тепловой реактор, степлоизолированной рабочей камерой, транспортное средство загрузки резиновых отходов и выгрузки твердой фазы продуктов пиролиза, устройство нагрева, средство распределения тепловой энергии по поверхности
рабочей камеры, средство непрерывной подачи тепловой энергии в рабочую камеру, средство извлечения газообразной и жидкой фазы из продуктов пиролиза, выполненное в виде конденсатора. Согласно предлагаемому решению средство распределения тепловой энергии по поверхности рабочей камеры выполнено в виде двухходового газового канала, с двумя перегородками, установленными в средней его части с образованием зазора с передней стенкой камеры и охватывающего всю наружную поверхность рабочей камеры за исключением дверного проема. Перегородки осуществляют прямой и обратный (двухходовой) ход нагретого газа, Этим достигается непрерывность поступления топочных газов в рабочую камеру и равномерное распределение температуры по ее поверхности. Указанное средство герметично связано с устройством нагрева, которое установлено на задней торцевой стенке рабочей камеры. Устройство нагрева дополнительно снабжено кожухом со спиралевидным каналом, установленным на его наружной поверхности, служащим для одновременного ее охлаждения и осуществления предварительного перегрева пара, а также теплообменником, обеспечивающим достижение рабочей температуры перегретого пара. Теплообменник устройства нагрева герметично связан со средством непрерывной подачи тепловой энергии (перегретого водяного пара) в рабочую камеру, которое выполнено в виде полости с перфорированной стенкой, расположенной по всей поверхности днища рабочей камеры, что обеспечивает непрерывное и равномерное распределение тепловой энергии. Такое расположение и конструкция устройства нагрева обеспечивает быстрый прогрев рабочей зоны камеры как внутри, так и снаружи и значительно сокращает время «разгона» устройства, обеспечивая экономию энергоресурсов. В транспортном средстве, выполненном в виде одной подвижной тележки, нижняя и боковые стенки снабжены щелевидными отверстиями для прохода нагретого пара, поступающего в слой обрабатываемого материала, а по наружному периметру тележка оснащена уплотнением, перекрывающим боковые зазоры между ней и стенками камеры. Это исключает непроизводительный «проскок» пара мимо слоя обрабатываемого материала. Предлагаемое устройство дополнительно содержит парогенератор, связанный с одной стороны с дополнительно введенным сепаратором для очистки загрязненного конденсата водяного пара, что обеспечивает возврат и использование конденсата водяного пара в последующих циклах пиролиза, с другой стороны - с устройством нагрева, куда поступает предварительно нагретый пар, а также утилизатор отработанных топочных газов, выходящих из газового канала рабочей
камеры, связанный с топочной камерой устройства нагрева, что обеспечивает экономию топлива. Дополнительно введенные элементы устройства, обеспечивают возможность повторного использования рабочих сред и продуктов пиролиза предыдущих циклов и уменьшение количества вредных выбросов в окружающую среду. Кроме того, тепловой реактор имеет прямоугольную форму сечения, что значительно сокращает расход перегретого пара и уменьшает габариты устройства, его рабочая камера снабжена форсунками для подачи охлаждающей воды после окончания процесса пиролиза и предупреждения пожарной опасности, в устройстве нагрева применен трубный теплообменник экранного типа, сепаратор снабжен двухступенчатым волоконным фильтром, щелевидные отверстия в нижней и боковых стенках тележки выполнены беспровальными для предотвращения утечки твердых продуктов пиролиза, а конденсатор связан с дополнительно введенной системой водоохлаждения, что обеспечивает циркуляцию воды в конденсаторе по замкнутому контуру.
На фиг.1 показана схема общего вида предлагаемого устройства. На фиг.2 - рабочая камера реактора в разрезе с установленной в ней подвижной тележкой.
Устройство включает тепловой реактор 1 прямоугольного сечения с рабочей камерой 2, бункер 3, из которого обрабатываемый материал (резиновые отходы) поступает в транспортное средство, выполненное в виде одной подвижной тележки 4, установленной на платформе 5 и изображенной на фиг 1 в стадии ее загрузки из бункера 3 и выгрузки отработанных твердых отходов пиролиза в бункер выгрузки 6; устройство нагрева, установленное на задней торцевой стенке рабочей камеры 2, представляющее собой топочную камеру 7, снабженную кожухом со спиралевидными каналами 8, установленным на боковой поверхности устройства нагрева и герметично связанным с теплообменником 9. Кроме того, рабочая камера 2 снабжена форсунками 10 для подачи охлаждающей воды после окончания процесса пиролиза. Предлагаемое устройство снабжено также конденсатором 11 для извлечения жидкой и газообразной фазы из продуктов пиролиза, которая в смеси с отработанным паром поступает затем в накопительную емкость 12, соединенную с сепаратором 13, в котором происходит разделение на жидкую углеводородную фракцию (мазут), удаляемую в емкость 14, и конденсат водяного пара, который, пройдя через очистительный двухступенчатый фильтр сепаратора 13, поступает в парогенератор 15. Из парогенератора 15 нагретый до
требуемой температуры пар поступает в устройство нагрева, где используется для получения дополнительного тепла. Топочные газы, собирающиеся в верхней части реактора 1 поступают в связанный с ним утилизатор 16, служащий воздухоподогревателем для использования подогретого воздуха далее в процессе горения в топочной камере 7. Конденсатор 11 связан с системой водоохлаждения 17, обеспечивающей циркуляцию воды по замкнутому контуру, т.е. постоянный оборот горячей и холодной воды в конденсаторе 11. Теплообменник 9 устройства нагрева герметично соединен со средством непрерывной подачи и распределения тепловой энергии в рабочей камере 2, представляющим собой полость с перфорированной стенкой 18, расположенной по всему периметру днища рабочей камеры 2, для подвода в нее перегретого пара (фиг, 2) В нижней и боковых стенках тележки 4 выполнены щелевидные отверстия 19 беспровального типа, не допускающие утечки твердых отходов обрабатываемого материала. Через эти отверстия горячий пар поступает в слой обрабатываемого материала. Чтобы перекрыть боковые зазоры между тележкой 4 и внутренними стенками камеры 3, по всему периметру тележка 4 оснащена уплотнением 20, Для обеспечения непрерывного поступления и равномерного распределения тепловой энергии по поверхности рабочей камеры 2, она снабжена двухходовым газовым каналом 21, охватывающим всю ее наружную поверхность. Канал 21 имеет две перегородки 22 и образует с передней стенкой камеры 2 зазор 23. Перегородки 22 установлены в каналах 21 и расположены по обе стороны в средней части рабочей камеры 2. Перегородки 22 обеспечивают прямой и обратный (двухходовой) ход нагретого газа по каналу 21 и разделяют рабочую камеру на две зоны нагрева нижнюю 24 и верхнюю 25. Двухходовой газовый канал 21 герметично соединен с топочной камерой 7 устройства нагрева.
Предлагаемое устройство работает следующим образом
Из бункера 3 в подвижную тележку 4 происходит загрузка обрабатываемого материала, например, изношенных автомобильных шин. Через открытую дверь рабочей камеры 2 с помощью толкателя, находящуюся на платформе 5 тележку 4, продвигают в рабочую камеру 2 и герметично закрывают дверь камеры. Топочные газы, образованные при сжигании топлива в топочной камере 7 устройства нагрева, отдают часть тепловой энергии пару, проходящему по спиралевидному каналу 8 кожуха и охлаждающему при этом топочную камеру 7, и далее перегревают пар в экранном теплообменнике 9 устройства нагрева. Затем они поступают в канал 21 разделенный перегородками 22, передавая, таким образом, тепловую энергию
нижней зоне 24 рабочей камеры 2. Через зазор 23, топочные газы поступают в канал 21 и движутся в обратном направлении, передавая тепловую энергию верхней зоне 25 рабочей камеры 2, тем самым, обеспечивая равномерное и непрерывное распределение тепловой энергии по всей поверхности рабочей камеры. Полученный в парогенераторе 15 насыщенный водяной пар поступает в спиралевидный канал 8 кожуха устройства нагрева. Из теплообменника 9 герметично связанного с рабочей камерой 2, перегретый водяной пар поступает в нижнюю полость с перфорированной стенкой 18 и далее через щелевидные отверстия 19 тележки 4 в обрабатываемый материал. Таким образом, происходит быстрый разогрев рабочей камеры 2 с загруженным обрабатываемым материалом как снаружи камеры 2, путем непрерывного подвода тепла, поступающего по каналу 21, так и внутри ее, путем непрерывной подачи тепловой энергии - перегретого водяного пара в обрабатываемый материал. При достижении температуры в рабочей камере 2 280-450°. С происходит процесс пиролиза. Газы, образующиеся в процессе пиролиза в смеси с отработанным паром выводятся из рабочей камеры 2 и поступают в конденсатор 11, в межтрубном пространстве которого по замкнутому контуру постоянно циркулирует горячая и холодная (оборотная) вода, поступающая из, связанного с конденсатором 11, системы водоохлаждения 16. Жидкая фракция, сконденсированная в конденсаторе 11, представляющая собой смесь воды с углеводородной фракцией (мазут), поступает в накопительную емкость 12, связанную с сепаратором 13, где происходит ее разделение на мазут и водяной конденсат. Мазут отправляется в накопительную емкость 14, а конденсат проходит очистку через систему фильтров сепаратора 13 и поступает в парогенератор 15 и далее в устройство нагрева для получения дополнительного тепла. После этого топочные газы собираются в верхней части реактора 1 и выводятся в, связанный с ним, утилизатор 16, с температурой порядка 500°С. В утилизаторе 16 топочные газы отдают избыточное тепло, подогреваемому в нем воздуху, поступающего затем в зону горения топочной камеры 7 нагревательного устройства. После окончания цикла пиролиза, топочную камеру 7 отключают и осуществляют охлаждение твердого углеродосодержащего остатка, находящегося в тележке 4, которая еще находится в рабочей камере 2 при температуре порядка 450°С. Для охлаждения рабочей камеры 2 ее внутреннею полость продувают сырым не перегретым паром с температурой порядка 110-120°С, поступающим из парогенератора 16, а через форсунки 11 дополнительно подают охлаждающую воду. При этом температура
твердого остатка снижается до 150-200°С, что исключает возможность его самовозгорания при контакте с кислородом воздуха. После этого открывают дверь рабочей камеры 2, выкатывают тележку 4 на платформу 5 и осуществляют разгрузку твердого углеродосодержащего остатка и металлокорда в бункер 6, остатки могут быть отправлены на дальнейшую переработку.
Таким образом предлагаемая конструкция устройства решает поставленную выше задачу, так как упрощенная конструкция устройства с одной рабочей камерой и системой очистки конденсата для дальнейшего использования его в виде отработанного водяного пара в последующем цикле процесса пиролиза, малоинерционный процесс разогрева и охлаждения рабочей камеры, возможность надежного ее уплотнения позволяют проводить процесс в экономичном режиме, а осуществление утилизации топочных газов, распределение их по всей наружной поверхности рабочей камеры, защита от непроизвольного «проскока» пара через боковые зазоры еще более усиливают экономические показатели процесса, а также значительно расширяют его эксплуатационные возможности, например, при использовании устройства в местах скопления большого количества отходов, при этом, дополнительно введенные элементы устройства, обеспечивают возможность повторного использования рабочих сред и продуктов пиролиза предыдущих циклов и уменьшение количества вредных выбросов в окружающую среду.
Источники информации:
1. RU 2080994, опубл. 1997.06.10.
2. BY u 992, опубл. 2003.09.30 - прототип