УСТРОЙСТВО ТЕРМИЧЕСКОЙ ДЕСТРУКЦИИ РЕЗИНОТЕХНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ

Полезная модель относится к устройствам для осуществления термолиза - высокотемпературной деструкции резинотехнических отходов на основе метода Фишера-Тропша - и может быть использована для получения водорода, монооксида углерода и метана как смеси газов, жидких смол (как низкосернистых моторных топлив) и пирокарбона с металлокордом.
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°С 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, В29В 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 деструкция резинотехнических отходов с помощью перегретого термолизного газа как основного нагревательного конвективного тела.
2
Технический результат, достигаемый полезной моделью, заключается в высокотемпературной деструкции резинотехнических отходов за счет подачи в рабочую зону реактора перегретого термолизного газа, что влияет на содержание энергетических ценных газов в составе смеси газа, уменьшая содержание балластных примесей таких как диоксиды и в особенности диоксид углерода (СО).
Сущность полезной модели заключается в достижении указанного технического результата в устройстве для термической деструкции резинотехнических отходов, которое содержит реактор с тремя зонами, первая из которых включает горловину реактора и размещенный в ней бункер загрузки со средствами подогрева и имеет патрубок отвода термолизных газов, вторая - рабочая - выполнена в виде вертикально установленной емкости, внизу которой расположен термолизный стол в виде распашной колосниковой решетки, а на корпусе в зоне термолизного стола установлены паровоздушные фурмы, и третья - для выгрузки продуктов деструкции, при этом патрубок отвода термолизных газов связан с первой ступенью трехступенчатой ректификационной колонны для конденсирования термолизных смол со средствами их разделения, третья ступень которой связана с газовым ресивером накопления термолизного газа, патрубок выхода которого через рекуперативный теплообменный аппарат для нагрева термолизных газов связан с паровоздушными фурмами 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 термолизных газов установлен золоуловитель.
Полезная модель поясняется чертежом, где приведена схема устройства для термической деструкции резинотехнических отходов.
Устройство для термической деструкции резинотехнических отходов содержит реактор с темя рабочими зонами: I. II. III. Зона I включает горловину 1, в которой установлен загрузочный бункер 2, имеющий средства подогрева (на чертеже не показаны), и патрубок 3 отвода термолизных газов. Зона II реактора - рабочая - выполнена в виде вертикально установленной емкости 4, внизу которой расположен термолизный стол 5 в виде распашной колосниковой решетки, а на корпусе в зоне термолизного стола установлены паровоздушные фурмы 6. Зона III реатора предназначена для выгрузки продуктов деструкции и в частом выполнении содержит выгружной шнек 7, под выходной частью которого размещен бункер 8 охлаждения и выгрузки отходов.
Патрубок 3 отвода термолизных газов связан через золоуловитель (циклон) 9 связан с первой ступенью трехступенчатой ректификационной колонны для конденсирования термолизных смол со средствами их разделения, имеющей последовательно соединенные ступени - первую 10, вторую - 11 с отводом тяжелых смол в емкость 12, и третью - 13 с отводом более легких конденсатов в емкость 14. Третья ступень 14 ректификационной колонны связана с газовым ресивером 15 где происходит накопление термолизного газа. В газовом ресивере 15 предусмотрен отвод через патрубок 16 термолизного газа на конвективное теплообменное устройство 17, из которого газ, получив избыточную температуру направляется в паровоздушные фурмы 6 реактора.
Первая ступень 10 ректификационной колонны имеет теплообменное устройство для охлаждения низкотемпературным паром с температурой 145°С легких углеродов и термолизного газа, вторая ступень 11 имеет средства для ее охлаждения горячей водой с температурным трафиком 105-70°С, третья ступень имеет средства для охлаждения холодной водой. В частном выполнении для охлаждения ступеней 10, 11 и 13 на их корпусах установлены рубашки (на чертеже не показаны), связанные соответственно с источником 18, источником 19 горячей воды и источником 20 холодной воды, например воздушным конденсатором.
Источником тепла для подогрева пиролизного газа, выходящего из ресивера 15, является теплообменное устройство 21, передающее тепло от когенерационного устройства, которое имеет подвод воды.
Работает устройство следующим образом.
Измельченные резинотехнические отходы подаются транспортировочным конвейером в расположенный на горловине реактора загрузочный бункер 2, в котором осуществляется сушка предварительная подготовки и подогрев сырья (разогрев резиновой шихты до 150-200°С). В процессе второго этапа разогретая резиновая масса поступает в реактор и располагается на термолизном столе 5, где подвергается деструкции конвективным телом подаваемым, через сопла паровоздушных фурм 6, установленных в корпусе реактора на уровне термолизного стола. В рабочей зоне реактора протекает процесс гетерогенной химической реакции, завершением которой является деструкция резинотехнических отходов до смеси термолизных газов и паров, жидких смол и пирокарбона с металлокордом. Термолизные газы, образовавшиеся в процессе деструкции удаляются через патрубок отвода 3, расположенный в горловине 1 реактора. Завершающей фазой технологического процесса является выпадение пирокарбона и освобождение термолизного стола от металлокорда в зону выгружного шнека 7, откуда пирокарбон и металлокор перемещаются в бункер 8 охлаждения и выгрузки.
Для очистки отводимых из реактора через патрубок 3 термолизных газов предусмотрен циклон (золоуловитель) 9 выполненный из нержавеющей жаропрочной стали 20Х23Н18, 20X13, 30X13 и 40X13. После циклона (золоуловителя) конденсация жидких продуктов (смол) протекает в трехступенчатой ректификационной колонне (скубере) с охлаждением в первой ступени низкотемпературным паром температурой 145°С, с последующим охлаждением во второй ступени горячей водой температурой 105-70°С, и с охлаждением в третьей ступени холодной водой температурой 40-10°С.
Из третьей ступени 13 ректификационной колонны охлажденный термолизный газ подается в ресивер 15, в газовом ресивере предусмотрен отвод через патрубок 16 термолизного газа на конвективное теплообменное устройство 17, где газ получив избыточную температуру направляется в коллектор связанный с паровоздушными фурмами реактора 6.
При включении всей установки для деструкции первоначально в паровоздушные фурмы передается паровоздушная смесь от когенерационного устройства, которое одновременно подогревает и пиролизные газы. Далее, когда температура газов достигает требуемого значения, подогрев осуществляется только пиролизных газов.
2
В полезной модели высокотемпературная деструкция резинотехнических отходов происходит за счет подачи в рабочую зону реактора перегретого термолизного газа, что влияет на содержание энергетических ценных газов в смеси термолизного газа, уменьшая содержание балластных примесей таких как диоксиды в особенности диоксид углерода (СO).