способ переработки резины и высокомолекулярных нефтепродуктов

Формула изобретения

Способ переработки резины и высокомолекулярных нефтепродуктов в замкнутом технологическом цикле, характеризующийся тем, что высокомолекулярные нефтепродукты в виде отработанного масла, мазутов, очищенных нефтешламов, гудронов или их смеси сначала подают в блок активации, где подвергают воздействию акустических и электромагнитных волн, откуда активированные нефтепродукты поступают в реактор их деструкции, в котором поддерживают температуру 280-380°С, одновременно резина, предварительно разделанная на части, поступает в реактор деструкции резины, где подвергается воздействию перегретого пара при 500-600°С и части продуктов деструкции нефтепродуктов, поступающих из реактора их деструкции через эжектор со сверхзвуковым паровым соплом, при этом образующиеся легкие газообразные углеводороды поступают на сжигание в парогенератор, тепловую энергию из которого используют в реакторе деструкции нефтепродуктов, твердые продукты деструкции резины поступают на разделение в сепаратор, а полученные в реакторе деструкции резины жидкие углеводородные продукты, отделенные от воды, поступают в блок активации, откуда с активированными нефтепродуктами они поступают в реактор деструкции нефтепродуктов, при этом другая часть образовавшихся продуктов деструкции нефтепродуктов направляется для разделения на углеводородные фракции.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии переработки отходов резины и продуктов нефтехимии и нефтепереработки и может быть использовано для решения экологических и топливно-энергетических задач.

По данным международных организаций из 15 млн. т отработанных за год масел их доля, поступающая на вторичную переработку или регенерацию, составляет около 1,5 млн. т; используется в качестве топлива 10,5 млн. т; попадает в биосферу 3,0 млн. т, что составляет почти половину попадающих ежегодно в биосферу жидких нефтепродуктов. Доля отработанных шин составляет почти 70% от общих отходов резины, причем наиболее распространенный метод утилизации шин - это механическая деструкция. В настоящее время в России большая часть отработанных масел используется как компонент топочного мазута и не более 3,0% - как сырье для переработки (A.И.Владимиров, В.В.Ремизов. «Экология нефтегазового комплекса», том 1, М., Нефть-газ, 2003).

Известен способ переработки органических отходов с получением жидкого и газообразного топлива, согласно которому твердую фазу обрабатывают водяным паром с получением окиси углерода и водорода (Г.М.Алексеев, В.Н.Петров. «Индустриальные методы санитарной очистки городов», Л., Стройиздат, 1983).

Недостаток этого способа - высокий расход энергии, так как температура пиролиза составляет до 1500°С, и большое количество вредных отходов.

Известен способ переработки резины термическим разложением в кварцевом песке с получением твердых и газообразных компонентов, из которых путем конденсации выделяют масло (П.П.Пальгунов, М.В.Сумароков. «Утилизация промышленных отходов», М., Стройиздат, 1999).

Недостаток данного способа - высокий расход энергии (12,5 МДж/кг), сложность отделения твердых продуктов разложения от кварцевого песка и повышенная взрывоопасность углеродной пыли, содержащей до 48% водорода.

Под крекингом подразумевается совокупность реакций разложения и уплотнения углеводородов, протекающих на молекулярном уровне. Считается, что термический распад углеводородов происходит по радикально-цепному механизму (Р.З.Магария. «Механизм и кинетика гомогенных термических превращений углеводородов». М., Химия, 1970). Современные методы исследования позволяют достаточно точно установить состав продуктов распада и дальнейшей конверсии углеводородов в термокаталитических процессах (Е.В.Смидович. «Крекинг нефтяного сырья и переработка углеводородных газов», М., Химия, 1980). Кроме термического крекинга предлагаются другие способы деструкции углеводородов:

- радиационно-термический во внешней оболочке активной зоны ядерного реактора (патент РФ №2116330);

- лазерным лучом мощностью 30-50 Вт с длинной волны 0,248-0,355 мкм (патент РФ №2039789);

- плазмохимический пиролиз газообразных углеводородов (патент РФ №2202593).

Как следует из описания, результаты работ, описанных в этих патентах, были получены в лабораторных условиях и промышленного использования пока не получили.

Известно, что имеются положительные результаты, полученные на установках акустического и ультразвукового воздействия на нефть, бензин прямой гонки, а также газойль и остаточный мазут:

- в патенте РФ №2149886 описан способ воздействия звуковым полем, в качестве генератора поля используется соленоид с многослойной намоткой мощностью 0,1-150 кВт/см и частотой 1·10⁶ Гц;

- в патенте РФ №2151165 описан способ получения товарных нефтепродуктов при ультразвуковом воздействии. На нефть и мазут воздействуют встречными ультразвуковыми полями частотой 1·10 ⁴ кГц, интенсивностью излучения 1·10⁴ МВт/м² при переменном давлении 0,1-0,5 МПа;

- в патенте РФ №2078116 описан способ ультразвуковой обработки углеводородов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ переработки резиновых отходов (патент РФ №2076501. Опубликован в БИ 27.03.97 г.). В этом способе для термического разложения резиновых отходов используют парогазовую смесь, состоящую из 85-98 мас.% перегретого водяного пара и 2-15 мас.% газа, полученного после выделения масла из газообразных продуктов разложения, кроме того, резиновые отходы предварительно смешивают с 3-40 мас.% масла, отходы смешивают с маслом путем пропускания газообразных продуктов разложения через слой отходов при их массовом соотношении (0,05-1,62):1, а твердые продукты разложения смешивают с 4-40 об.% масла и прессуют в брикеты при одновременном нагревании до 100-500°С путем фильтрации газа, полученного после выделения масла из газообразных продуктов разложения отходов.

К недостаткам способа следует отнести большой расход водяного пара, высокий расход энергии, так как пар нагревают до 1600°С, а также большие выбросы в атмосферу вредных веществ.

Технический результат изобретения характеризуется малой энергоемкостью, связанной с использованием избыточного тепла, образующегося от паровой деструкции резины, отсутствием вредных отходов, пожарной безопасностью.

Поставленная задача решается в способе переработки резины и высокомолекулярных нефтепродуктов в замкнутом технологическом цикле, характеризующемся тем, что высокомолекулярные нефтепродукты в виде отработанного масла, мазутов, очищенных нефтешламов, гудронов или их смеси сначала подают в блок активации, где подвергают воздействию акустических и электромагнитных волн, откуда активированные нефтепродукты поступают в реактор их деструкции, в котором поддерживают температуру 280-380°С, одновременно резина, предварительно разделанная на части, поступает в реактор деструкции резины, где подвергается воздействию перегретого пара при 500-600°С и части продуктов деструкции нефтепродуктов, поступающих из реактора их деструкции через эжектор со сверхзвуковым паровым соплом, при этом образующиеся легкие газообразные углеводороды поступают на сжигание в парогенератор, тепловую энергию из которого используют в реакторе деструкции нефтепродуктов, твердые продукты деструкции резины поступают на разделение в сепаратор, а полученные в реакторе деструкции резины жидкие углеводородные продукты, отделенные от воды, поступают в блок активации, откуда с активированными нефтепродуктами они поступают в реактор деструкции нефтепродуктов, при этом другая часть образовавшихся продуктов деструкции нефтепродуктов направляется для разделения на углеводородные фракции.

На чертеже приведена принципиальная технологическая схема такого совмещенного процесса. Перегретый пар с температурой 115°С из парогенератора 1 поступает через пароперегреватели 2 и 3 в реактор деструкции жидких высокомолекулярных нефтепродуктов 4, где поддерживается температура 280-380°С, при этом температурный режим в этом реакторном блоке обеспечивается за счет остаточной тепловой энергии поступающей из реактора деструкции резины. Перегретый пар одновременно подается в реактор деструкции резины 5, где при температуре 500-600°С в парогазовой фазе происходит деструкция резины, при этом в реактор деструкции резины через эжектор, использующий сверхзвуковое сопло, подают продукты деструкции органических соединений, полученные в реакторе 4 деструкции высокомолекулярных нефтепродуктов. Очищенные от механических примесей высокомолекулярные нефтепродукты и сепарированные от воды в блоке 10 жидкие углеводородные продукты деструкции резины поступают в блок резонансного электромагнитного активатора 6. Необходимо отметить, что жидкие углеводородные продукты деструкции резины подвергаются дальнейшей глубокой деструкции в блоке электромагнитной активации и далее в реакторе 4. Действие резонансного электромагнитного активатора заключается в комплексном воздействии на высокомолекулярные углеводороды, преимущественно с числом атомов углерода 16 (С 16), акустическими и электромагнитными полями в рабочей зоне, именуемой далее зоной активации. В качестве источников волнового поля используются электромагнитные и механические генераторы, рабочие параметры которых (частота, мощность, амплитуда модулирующих импульсов) выбираются в зависимости от технологической задачи с учетом физико-химических характеристик сырья. Переход высокомолекулярных углеводородов в возбужденное состояние за счет резонансного поглощения энергии позволяет осуществить их селективный крекинг при 280°С путем нагревания в нагревательно-реакционной печи как в циклическом, так и непрерывном режимах. В качестве источников волнового поля используются электромагнитные генераторы и механические кавитационные аппараты.

Пример конкретного осуществления способа.

В качестве сырья были взяты отработанное моторное масло, соответствующее ГОСТу 21046-86, с вязкостью 2,6 мм кв./с, содержанием воды 7,5 мас.% и отработанные шины, полученные в автохозяйстве. На чертеже представлена технологическая схема процесса.

Из парогенератора 1 пар с температурой 115°С поступает в пароперегреватели 2 и 3, где соответственно перегревается до 400 и 600°С и направляется в реакторы 4 и 5 соответственно. Из блока активатора 6 углеводородное сырье, состоящее из отработанного моторного масла и жидкой фракции из реактора 5, подается в реактор 4, который конструктивно представляет печь для нефтяного сырья с рабочей температурой до 400°С.

Полученные в реакторе 4 жидкие продукты деструкции частично (0,5-30 мас.%) направляются в реактор деструкции резины 5, остальные сепарируются на углеводородные фракции в блоке 8. Резина (шины), предварительно разделанная на части размером 200-300 мм в блоке 7, поступает в реактор 5, где деструктируется в течение 45-47 мин в газопаровой фазе при температуре 500-600°С, куда также подается через эжектор широкая углеводородная фракция из реактора 4. Образующиеся легкие газообразные углеводороды направляются на сжигание в топку парогенератора. Соотношение водяного пара и газовой фазы поддерживается в пределах (3,2-0,62):1, количество водяного пара, подаваемого в реактор для деструкции резины, составляет 0,78-1,62 кг пара на 1 кг твердых продуктов разложения. При большем количестве подаваемого пара возрастут энергозатраты, при меньшем уменьшится эффективность процессов тепломассопереноса и нарушится ход термического разложения. Твердые продукты деструкции, то есть технический углерод и металлокорд (в случае деструкции шин), разделяют в блоке 9. Сепарация воды производится от углеводородной фракции в сепараторе 10, после чего направляется в парогенератор.

Состав конечных продуктов, полученных по изобретению, и материальный баланс, приведенный отдельно по переработки 1000 кг шин и 1000 кг отработанных моторных масел, указаны далее.

Переработка шин:

1) фракция жидких углеводородов	35-45 мас.%,
2) технический углерод	30-40 мас.%,
3) металлокорд	5-10 мас.%,
4) топочный газ	10-15 мас.%,

Переработка отработанного масла:

1) фракция углеводородов 37-175°С	12-15 мас.%,
2) фракция 175-360°С	75-78 мас.%,
3) тяжелый остаток (гудрон)	5-10 мас.%

Структурно-групповой углеводородный состав жидких продуктов деструкции проводился методом жидкостной хроматографии на хроматографе ХЖ-1 по методике ВНИИТУ и показал следующее:

1) парафино-нафтеновые углеводлороды (у/в) 64,8 мас.%,

2) ароматические бициклические у/в 14 мас.%,

3) ароматические моноциклические у/в 15,4 мас.%,

4) ароматические полициклические у/в 3,6 мас.%,

5) смолы 2,2 мас.%.

Способ по изобретению имеет следующие преимущества:

- позволяет перерабатывать одновременно твердые и жидкие углеводороды;

- использование в процессе переработки избыточного тепла снижает удельные затраты на единицу готовой продукции;

- замкнутый цикл процесса позволяет сократить вредные выбросы в атмосферу, которые формируются только из отходящих топочных газов парогенератора;

- имеется возможность использования собственного топлива, получаемого в результате переработки;

- все получаемые в процессе продукты имеют постоянную товарную ликвидность;

- использование водяного пара значительно снижает пожароопасность.