способ переработки резинотехнических и органических отходов и устройство для его реализации

Формула изобретения

1. Способ переработки резинотехнических и органических отходов, при котором осуществляют их термическое разложение в парогазовой среде, разделяют продукты разложения на твердые и газообразные, отличающийся тем, что переработку резинотехнических и органических отходов осуществляют в реакторе путем прямого термического воздействия на них источником инфракрасного излучения в среде циркулирующего со скоростью 0,01-3,5 м³/мин потока водяного пара и/или газа с получением твердого технического углерода, жидкой и газообразной фракции перерабатываемых отходов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что водяной пар и/или газ перед подачей в реактор нагревается в конвекторе.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют не менее двух последовательно работающих одинаковых реактора.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение твердых продуктов деструкции в первом ректоре осуществляют водяным паром, в перегретом состоянии подают во второй реактор, который осуществляет начальный разогрев отходов.

5. Устройство для переработки резинотехнических и органических отходов, содержащее теплоизолированный реактор и источник излучения, установленный вертикально, отличающееся тем, что использован источник инфракрасного излучения, смонтированный в центре реактора или по его центральной оси, а на расстоянии 30-1000 мм от источника излучения смонтирован перфорированный трубопровод с изменяемой геометрией сечения, в котором соотношение диаметров входного D1 и выходного D2 отверстий изменяется в пределах D1/D2=1/1,1-1/10.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что перфорация трубопровода выполнена на поверхности трубы на расстоянии 25-75 мм от конца трубопровода.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что реактор снабжен конвектором.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к переработке углеводородов и может быть использовано в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей промышленности, коммунальном хозяйстве, а также для решения экологических задач. Способ переработки резины предусматривает ее термическое разложение в среде перегретого водяного пара при температуре 400-600°С. В результате деструкции резинотехнических и органических отходов образуются: 1) газообразные углеводороды, 2) широкая фракция углеводородов меньшей молекулярной массы с пределами кипения 45-380°С, 3) твердые углеродные вещества. Способ позволяет уменьшить количество вредных газообразных выбросов в окружающую среду и безотходно использовать затрачиваемую на процесс энергию.

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

Известен способ переработки органических отходов с получением жидкого и газообразного топлива, твердую фазу обрабатывают водяным паром с получением окиси углерода и водорода (Алексеев Г.М., Петров В.Н. Индустриальные методы санитарной очистки городов. - Л.: Стройиздат, 1983, стр.14-15).

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

Описывается в литературе способ переработки резины термическим разложением в кварцевом песке с получением твердых и газообразных компонентов, из которых конденсацией выделяют масло (Пальгунов П.П., Сумароков М.В. Утилизация промышленных отходов. - М.: Стройиздат, 199 г., стр.165-166).

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.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является принятый нами за прототип 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. полученных после выделения масла газообразных продуктов, кроме того, предварительно перед разложением резиновые отходы 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° путем фильтрации газа, полученного после выделения масла из газообразных продуктов разложения отходов.

К недостаткам этого 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.

Задача, поставленная авторами, заключалась в разработке экономически рациональной технологии глубокой деструкции высокомолекулярных резинотехнических и органических отходов нефтехимии. С этой целью был использован метод высокотемпературного термолиза органических соединений перегретым водяным паром при давлении не выше 0.07 МПа. Установлено, что в начальный момент обработки перегретый водяной пар, попадая на поверхность резины, охлаждается и конденсируется. Затем, за счет теплоты перегрева, наступает стадия испарения выпавшего конденсата и разогрев резины. Термическая деструкция резины происходит в интервале температур 300-500°С и происходит с поглощением энергии составляющей порядка 500 кДж/кг, поэтому общий подвод тепла должен составлять суммарные затраты тепла на разогрев, деструкцию и естественные потери. Расчетным путем установлено, что общие количество тепла, необходимое для разложения резины, составляет порядка 120-150 кДж/кг, в зависимости от типа резины. Исходя из этого, а также учитывая полученные экспериментальные данные, было установлено, что значительные потери тепла в технологическом процессе термической переработки резины теряется при охлаждении с 580°С до 150°С твердых продуктов деструкции, т.е. технического углерода, при охлаждении и конденсации газообразных продуктов деструкции, а также при передачи тепла от источника до реактора. Переработку резинотехнических и органических отходов осуществляют в реакторе путем прямого термического воздействия на них источником инфракрасного излучения в среде циркулирующего со скоростью 0,01-3,5 м ³/мин. потока водяного пара и/или газа с получением твердого технического углерода, жидкой и газообразной фракции перерабатываемых отходов. Водяной пар и/или газ перед подачей в реактор нагревается в конвекторе-пароперегревателе. Используют не менее двух последовательно работающих одинаковых реактора. Охлаждение твердых продуктов деструкции в первом реакторе осуществляют водяным паром, в перегретом состоянии подают во второй реактор, который осуществляет начальный разогрев отходов. Устройство для переработки резинотехнических и органических отходов (фиг.2) содержит теплоизолированный реактор и источник излучения, смонтированный вертикально в центре реактора или по его центральной оси, а на расстоянии 30-1000 мм от источника излучения смонтирован перфорированный трубопровод, с изменяемой геометрией сечения, в котором соотношение диаметров входного D1 и выходного D2 отверстий изменяются в пределах D1/D2=1/1,1-1/10. Диаметр трубы плавно увеличивается по всей длине трубопровода от входа в реактор к его концевой части, это позволяет при практически атмосферном давлении получить водяной пар с температурой до 600°С. Экспериментально установлена зависимость температуры, скорости потока водяного пара и/или газа и скорости деструкции в парогазовой среде от состава и вида органических материалов. На основании диаграмм, полученных экспериментальным путем, выбирается расстояние трубопровода пара 13 от источника инфракрасного излучения 12 и размер увеличения диаметра трубы, которые соответствуют оптимальному режиму деструкции для конкретных видов резинотехнических и органических отходов. С целью равномерного распределения перегретого водяного пара по объему реактора и улучшения масса-теплообмена концевая часть трубопровода перфорируется. Перфорация трубопровода выполнена на поверхности трубы на расстоянии 25-75 мм от конца трубопровода.

Деструктируемые резинотехнические или органические отходы, размещенные на полках решетчатого контейнера 14, загружаются и выгружаются из реактора 1 через люк, не менее одного, конструкция которого обеспечивает герметичность и недопущение контакта продуктов деструкции с кислородом воздуха. Реактор 1, выполненный в виде реторты из нержавеющей стали, имеет не менее одного коллектора вывода парогазовой фазы 15 и не менее одного коллектора слива жидкости 17. Реактор снабжен конвектором 2 для утилизации отходящих газов. Реактор снабжен термометром 10, манометром 11, решеткой из нержавеющей стали, экранирующую источник инфракрасного излучения 16 от возможного контакта с деструктируемым органическим материалом и газовую горелку 7. В качестве источника инфракрасного излучения применяется труба из нержавеющей стали или жаропрочной стали, или электронагревательные тены.

На фиг.1 представлена принципиальная технологическая схема переработки резины по способу. Резинотехнические отходы и/или органические отходы, нарезанные куски 100×100 мм, распределяются на полках решетчатого контейнера 14, которые загружаются в реакторы 1 и 1/1. Включается газовая горелка 7, подается водяной пар в конвектор 2, который далее поступает в реактор 1, где перегревается до температуры 580°С, давление всего процесса поддерживается не выше 0,07 МПа. В процессе деструкции резинотехнических изделий образуется паро-газовая фаза, которая постоянно выводится из ректора и, охлаждаясь до температуры 450°С в теплообменнике 3, поступает на ректрификационную колонну 5. Фракция выкипающая до 180°С поступает в сепаратор-отстойник 6, где декантацией разделяется вода (снизу) и углеводороды (сверху). Образующийся в процессе деструкции углеводородный газ выводится из аппаратов 5 и 6 и поступает в горелки 7 для сжигания. Углевородная фракция, выкипающая в интервале 180-360°С (газойль), отбирается из ректификационной колонны 5, охлаждается и поступает в парк готовой продукции, кубовый остаток - фракция с кипением выше 360°С (мазут) также поступает в парк готовой продукции. По истечении времени (90 минут), требующегося для разогрева и полной деструкции резинотехнических отходов, горелка 7 выключается и в реактор 1 подается в течение 30 минут водяной пар с температурой 120°С, который, охлаждая (с 580°С до 150°С) твердые продукты деструкции, разогревается и по паропроводу 8 подается в реактор 1/1. Одновременно с подачей пара в реактор включается горелка 7/1 и начинается цикл работы ректора 1/1, по истечении 30 минут прекращают подачу пара из ректора 1 и подают пар из конвектора 2. Твердые продукты деструкции из реактора 1 вынимаются вместе с контейнером и направляются в сепаратор 4, где происходит разделение технического углерода от арматуры резинотехнических отходов. Реактор 1 работает в режиме описанном выше, в реактор 1 вставляется новая кассета с резинотехническими отходами, первоначальный разогрев которых будет производится паром охлаждения твердых продуктов из реактора 1/1.

Изобретение иллюстрируется следующим примером. Отходы автопокрышек, разрезанные предварительно на куски 100×100 мм в количестве 100 кг, равномерно загружают на полки решетчатого контейнера и помещают в теплоизолированный, герметичный реактор 1, аналогичное количество автопокрышек загружают в реактор 1/1. Включают горелку 7, к которой подведен трубопровод природного газа, и подают в конвектор 2 пар, поступающий по трубопроводу из заводской котельной с давлением 0,03 МПа. Давление и температура в реакторе контролируется смонтированными на реакторе манометром 11 и термометром 10, регулировка заданных параметров (давление не выше 0,07 МПа, температура 580°С) производится подаче пара в конвектор 2 задвижкой 9/4 и подачей природного газа, поступающего в горелку.

Углеводородные продукты деструкции, образующиеся в процессе реакции, выводятся в парогазовой фазе в теплообменник 3, задвижкой 9 регулируют поток отвода парогазовой фазы. По истечении 90 минут выключат горелку 7 и подают в реактор 1 пар из заводской магистрали для охлаждения твердых продуктов деструкции, который поступает в реактор 1/1, для чего открывают задвижку 9/3, при этом перекрывается задвижка коллектора вывода паро-газовой фазы продуктов деструкции 9 и включается горелка 7/1. Из теплообменника 3 с температурой 450°С парогазовый поток поступает на ректификационную колонну 5. Выделенная фракция с температурой кипения до 180°С направляется в сепаратор-отстойник 6, где после предварительного охлаждения отделяются углеводородные компоненты от воды, контроль осуществляется по мернику, установленному на емкости. С ректификационной колонны 5 отбирается фракция с температурой кипения 180-360°С (газойль) и мазут кубового остатка. Охлаждение твердых продуктов деструкции паром в реакторе 1 происходит в течении 20 минут, после чего извлекают решетчатый контейнер, содержащий технический углерод и металлокорд автомобильных шин. Они разделяются в сепараторе 4, где с помощью магнита отделяются металлические детали корда от углерода. Легкие углеводородные газы деструкции состава С1-С3 выводятся из ректификационной колонны 5 и сепаратора-отстойника 6 и по трубопроводу направляются для сжигания в горелках 7 и 71. Последовательность операций при работе реактора 1/1 аналогична описанной выше работе реактора 1, при этом пар охлаждения из реактора 1/1 поступает соответственно в реактор 1. Выход продуктов деструкции отходов автошин составляет в % мас.:

1. Углеводородный газ 3%.

2. Углеводородная фракция 65-180°С 12%.

3. Углеводородная фракция 180-360°С 40%.

4. Технический углерод 38%.

5. Металлокорд 6%.

6. Потери (включая мазут) 2%.

Предлагаемый способ имеет следующие преимущества по способу:

1) рациональное использование в технологии масса-теплообменных процессов позволило снизить удельные энергозатраты на единицу готовой продукции, 2) замкнутый цикл процесса позволяет сократить вредные выбросы в атмосферу, 3) использование водяного пара значительно увеличивает пожаробезопасность и взрывобезопасность, 4) простота и технологичность конструкции реактора.