Установка для пиролиза утилизируемых резинотехнических материалов

Полезная модель относится к технологическому оборудованию, применяемому при утилизации резинотехнических материалов, например использованных покрышек автомобилей и тракторов.
Известны установки для утилизации автомобильных шин по патентам РФ №2385805 и №2493234, в которых прогрев шин и их пиролиз проводят внутри герметизированного технологического объема (в реакторе) в бескислородной среде. Шины закладываются в бункер для термохимической переработки углеводородного сырья целыми (неразрезанными), что требует больших объемов реактора и длительного времени их нагрева и больших затрат тепловой энергии. Загрузка шин в установке по патенту №2493234 требует остановки процесса пиролиза, полной разгерметизации реактора и его охлаждения с последующим повторным нагревом. Это также требует больших затрат времени и тепловой энергии.
Известны установки непрерывного действия для пиролиза углеродсодержащих материалов, например, патент №2408654. В этой установке конструкция реактора реализована в виде горизонтальной толстостенной стальной трубы с расположенным внутри продольным шнеком, осуществляющим плавное перемещение материала от зоны загрузки к зоне выгрузки через зону подсушки и пиролизную зону. Утилизация шин в подобных установках может производиться после измельчения шин на специальных станках до размера частиц 10…15 мм.
Перерабатываемый продукт засыпается в бункер-накопитель, из которого шнековым питателем-уплотнителем подается внутрь реактора. Разгрузочный узел оснащен блокируемым отводом-накопителем и разъемом для герметичного подсоединения сменных контейнеров-сборников угля. Нагрев реактора осуществляется извне электронагревателем, расположенным по всей длине трубы.
Перерабатываемый продукт в виде резиновых частиц (крошки) прогревается быстрее, чем целая шина, однако при плохой теплопроводности резины при нагреве крошки на ее поверхности тоже образуется корка, затрудняющая теплопередачу и выведение газов, что тормозит процессы пиролиза.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническо решение, заключается в том, чтобы полученную при разрушении утилизируемых шин на специальных станках резиновую крошку размером 10-15 мм в процессе ее пиролиза перетирать до размера порошка углерода. Суть заявляемого технического решения сводится к совмещению пиролизной установки и дисковой (жерновой) мельницы.
Решение задачи достигается за счет того, что установка для пиролиза утилизируемых резинотехнических материалов содержит нагреваемый реактор, соединенный с ним через ограничительную заслонку бункер для засыпаемой в реактор дозы резиновой крошки, емкость для сбора твердой фазы продуктов пиролиза. В крышке реактора имеется трубка для отвода выделяемых при пиролизе газов и подачи их в охлаждающий конденсатор. Для герметизации реактора в ходе процесса пиролиза предусмотрены специальные устройства.
Реактор имеет форму цилиндра с плоским нагреваемым дном и расположенным по его оси центрирующим конусом-отсекателем с цилиндрическим пояском в основании конуса. Внутри цилиндра имеется по размеру дна реактора подвижный диск с центральным отверстием, соответствующим диаметру цилиндрического пояска конуса-отсекателя и соединенным с трубой, через которую пропущена подающая труба, соединенная с бункером, в нижней части которого имеется заслонка. Подающая труба выполнена с возможностью перемещаться в установленных пределах вверх и вниз, например, за счет пневмоцилиндра.
Между подающей трубой и трубой связанной с диском имеется подшипник, а выше на подающей трубе закреплен мотор-редуктор, который за счет цепной передачи обеспечивает вращение, как по часовой стрелке, так и против, наружной трубы, надетой подвижно с возможностью поворота на трубу, связанную с диском.
На диске выполнены две диаметрально расположенные широкие прорези, а в каждой прорези, по ее краю, на радиально расположенной оси установлен поворачивающийся скребок, который в верхнем положении обеспечивает закрывание прорези, а в нижнем положении - контакт скребка с поверхностью нагреваемого дна реактора. В торцовой части скребка, направленной к оси диска, имеется выходящее за ось скребка коромысло, а в диске имеется соответствующая форме коромысла прорезь, в которую коромысло может утапливаться в положении, когда прорезь диска закрыта скребком.
На нижнем торце наружной трубы, соприкасающейся с поверхностью вращающегося диска, выполнены две диаметрально расположенные П-образные проточки, которые располагаются над связанными с диском двумя упорами. Через эти упоры поворачивающаяся цепным приводом наружная труба может приводить диск во вращение. Длина проточек, в момент вращения наружной трубы по часовой стрелке, обеспечивает возможность поворота скребка до упора его коромысла в верхнюю часть проточки, что соответствует предельно опущенному состоянию скребка, а при повороте по часовой стрелке, за счет утапливания торцом трубы коромысла, обеспечивается подъем скребка и закрывание широкой прорези диска.
На внутренней поверхности крышки реактора закреплена в плоскости параллельной плоскости вращающегося диска изогнутая по часовой стрелке в виде спирали пластина. Один конец спирали связан с кольцом, соосно охватывающим наружную трубу, а другой конец находится у цилиндрической стенки реактора в зоне окна для выгрузки твердой фракции продукта пиролиза. Это при вращении поджатого к спирали диска по часовой стрелке обеспечивает сброс находящегося на диске продукта в окно и через лоток в емкость сбора твердой фракции продуктов пиролиза.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью конструктивных признаков установки, является возможность осуществлять процесс пиролиза, включая загрузку реактора резиновой крошкой и выгрузку твердой фазы продуктов пиролиза, без прекращения нагрева реактора. При этом загрузка и разгрузка реактора совмещаются по времени. За счет постоянного измельчения продукта пиролиза ускоряется нагрев перерабатываемой массы продукта и процесс выделения пиролизных газов. Это позволяет сократить общее время процесса пиролиза и затраты тепла на ведение процесса.
Установка для пиролиза утилизируемых резинотехнических материалов - поясняется рисунками: фиг. 1 - схема установки (фронтальный вид); фиг. 2 - схема установки (вид сбоку); фиг. 3 - схема установки (виды сверху); фиг. 4 - устройство скребка.
Установка состоит из двух основных частей: корпуса 1 с размещенным в нем реактором 2 и крышки реактора 3 с закрепленными на ней двумя стойками 4, и опирающейся на них траверсой 5. В центре траверсы находится направляющая 6 подающей трубы 7, к которой вверху крепится бункер 8 с герметичной крышкой 9, а внизу бункера находится заслонка 10 с ручкой ее управления. К бункеру прикреплен кронштейн 11, связанный со штоком пневмоцилиндра 12, опирающегося на траверсу. В стенке направляющей имеется вертикальная прорезь, в которой находится прикрепленный к подающей трубе палец 13. Палец удерживает трубу 7 от поворота и позволяет ей смещаться вверх или вниз. На верхней и нижней части направляющей имеется резьба, на которую навинчиваются регулировочные гайки 14, ограничивающие перемещение пальца в прорези и крайнее верхнее или нижнее положение подающей трубы. На подающей трубе закреплен кронштейн 15 с установленным на нем мотор-редуктором 16, на валу которого находится ведущая звездочка 17 цепной передачи.
На подающей трубе установлен шариковый подшипник 18, наружная обойма которого установлена в корпусе соединенном с трубой 19, связанной с диском 20. Ведомая звездочка 21 связана с наружной трубой 22 и опирается на подшипник 23, установленный на трубе 19.
Сверху крышки 3 имеется трубка 24 для отвода пиролизных газов в конденсатор, на которой размещен датчик 25 для контроля температуры газов. Также на крышке имеется патрубок 26 для отвода дымовых газов из топки с системой форсунок и трубки подвода топлива 27. Для подачи в топку воздуха предусмотрен вентилятор 28.
К нижней стороне крышки 3 приварено кольцо 29 из листовой стали, свободно входящее внутрь цилиндра 30 реактора. На приваренных к этому кольцу в одной плоскости радиально расположенных пластинах 31 крепится соосно огибающее с небольшим зазором наружную трубу кольцо из листовой стали 32. К этому кольцу и снизу к радиальным пластинам приварена спирально по часовой стрелке изогнутая пластина 33, наружный конец которой приварен к кольцу 29 в зоне окна для выгрузки твердой фракции продукта пиролиза. По периметру этого окна снаружи стенок реактора приварен закрытый лоток 34, входящий в полость камеры 35, в которой размещается контейнер 36 для сбора твердой фазы продукта пиролиза. Люк камеры имеет герметично закрывающуюся крышку 37. Кольцо 29 имеет прорезь по профилю окна, обеспечивающую беспрепятственное ссыпание твердой фазы продукта пиролиза с вращающегося диска в лоток.
Нагреваемое дно 38 реактора выполнено из толстого металлического листа, имеет круглую форму и расположенный по его оси пустотелый центрирующий конус-отсекатель 39 с цилиндрическим пояском в основании конуса.
Для обеспечения герметичности реактора используются уплотнения 40 и 41 и жидкостный затвор, состоящий из приваренных к крышке 3 двух цилиндров 42 и 43, и входящего в полость между цилиндрами герметично скрепленного с наружной трубой опрокинутого цилиндрического колпака 44. В полость между цилиндрами 42 и 43 залита жидкость, в качестве которой может быть использовано минеральное масло.
Механизм управления положением скребков поясняется фиг. 4. Скребок 45 надет на ось 46, которая с одной стороны вставлена в отверстие 47, просверленное в металле диска 20, а с другой стороны приварена к изогнутой по радиусу пластине 48, которая установлена в подготовленную для нее проточку и винтами 49 с потайной головкой привинчена к диску.
С торцовой части скребка, обращенной к оси диска, скребок имеет коромысло 50, которое располагается под торцом наружной трубы 22, который может быть выполнен в виде приваренного к трубе кольца, обеспечивающего центрирование трубы 22 по наружной поверхности трубы 19 и увеличивающего общую площадь торца трубы 22. В кольце выполнены диаметрально расположенные две П-образные проточки 51 накрывающие приваренные к диску и трубе 19 упоры 52. Вертикальные поверхности стенок проточек и упоров выполнены по направлению радиусов к оси диска. В диске имеются прорези по форме коромысла первого и второго скребка, примыкающие к соответствующим радиальным прорезям под скребки и позволяющие при горизонтальном положении скребков утапливать в эти прорези коромысла. Сторона скребка противоположная оси его поворота выполнена скошенной и под таким же углом скошена поверхность диска в зоне края широкой прорези.
Стенки корпуса установки и ее крышка должны быть покрыты теплоизолирующим материалом, на представленных рисунках теплозащита не показана.
Установка используется следующим образом. После монтажа элементов установки регулировочными гайками 14 устанавливается предельное нижнее положение диска 20 в непосредственной близости к нагреваемому дну 38 реактора и верхнее положение диска в непосредственной его близости от плоскости спиральной пластины 33.
В процессе эксплуатации установки при подаче топлива к зажженным форсункам нагревается дно реактора. В бункер 8 при закрытой заслонке 10 засыпается дозированная порция резиновой крошки. При нижнем положении диска 20 включают мотор-редуктор, обеспечивая вращение диска по часовой стрелке. Пневмоцилиндром 12 поднимают бункер с трубой 7 и связанными с ней элементами в крайнее верхнее положение, при этом диск 20 находится выше конуса 39. Открывают заслонку 10 и пересыпают резиновую крошку из бункера в реактор. Падая на конус, крошка отбрасывается по радиусу и распространяется по дну реактора. После этого вращающийся диск опускают, при этом отверстие диска центрируется конусом и входит в зону цилиндрического пояска конуса, который перекрывает отверстие диска и отсекает пространство под диском от полости подающей трубы. Весом связанных с диском элементов он начинает перетирать находящуюся между диском и нагретым дном реактора резиновую крошку. В бункер при закрытой заслонке засыпают следующую порцию резиновой крошки и герметично закрывают крышку 9 бункера.
Выделяющийся при пиролизе газ через зазоры между вращающимся диском и стенками реактора, а также между скребками и краями прорези в диске, проходит в пространство реактора над диском и через трубку 24 подается для охлаждения в конденсатор и далее как жидкость сливается в емкость.
Об окончании процесса пиролиза можно судить по температуре газа, отводимого из реактора. Замер температуры можно производить датчиком 25, установленным в трубке для отвода выделяемых при пиролизе газов. Если газы перестанут выделяться, то температура в трубке начнет падать, поскольку отсутствует теплоноситель.
После переработки порции резиновой крошки выключают вращение диска и приподнимают его на высоту равную величине возможного опускания скребка, включают вращение диска против часовой стрелки. При движении скребка по дну реактора твердая фаза продукта пиролиза по наклонной поверхность скребка поднимается вверх и через открытую прорезь в диске транспортируется на верхнюю сторону диска. После совершения 3…5 оборотов диска его опускают в крайнее нижнее положение, что сопровождается подъемом скребков и перекрытием прорезей в диске.
Далее кратковременно включают вращение диска по часовой стрелке и выключают вращение. Вследствие этого ведомая звездочка цепной передачи поворачивает трубу 22 до упора стенки П-образной выточки в упор 52, при этом торец трубы утапливает коромысло скребка и фиксирует скребок в поднятом (закрытом) положении. После этого пневмоцилиндром диск переводят в крайнее верхнее положение и включают вращение диска по направлению часовой стрелки. Транспортируемый диском порошок надвигается на спиральную полосу и смещается к периферии диска, а на конце спирали сталкивается в окно стенки реактора и по лотку ссыпается в контейнер 36 для сбора твердой фазы продукта пиролиза.
Во время разгрузки реактора с течение 3…5 оборотов диска открывается заслонка и производится пересыпание резиновой крошки из бункера в реактор. После опускания диска открывается крышка бункера, засыпается в него очередная порция перерабатываемой крошки, крышка закрывается и далее цикл пиролиза повторяется.
Объем контейнера для сбора твердой фазы пиролиза должен быть достаточным для выполнения нескольких циклов пиролиза. Заполненный контейнер при открытой крышке 37 выдвигают из камеры для остывания, а на его место устанавливают порожний контейнер, и герметично закрывают крышку.
Положительным эффектом заявленной полезной модели являются сокращение времени процесса пиролиза при утилизации резинотехнических изделий и снижение затрат тепла на единицу переработанной продукции при малых габаритах установки. В целом, обеспечивается повышение коэффициента полезного действия установки для утилизации резинотехнических материалов путем их пиролиза.