Установка для переработки резиносодержащих отходов

Предлагается установка для переработки резиносодержащих отходов способом термолиза при температуре 350-400°С и давлении близком к атмосферному, отличающаяся низкими энергетическими и капитальными затратами, с получением товарных продуктов: синтетической нефти и технического углерода.

Известны способы и установки переработки и утилизации резиносодержащих отходов, и, в первую очередь, изношенных автопокрышек [1].

Использование их в качестве твердого топлива нецелесообразно по следующим причинам: сжигается добротное сырье с малым экономическим эффектом, при сжигании образуются вещества загрязняющие и отравляющие окружающую среду, в том числе значительное количество золы.

Регенерация отходов (рециклинг) сырой резины не совершенна, продукт получается низкого качества и не пользуется спросом.

Большинство отходов измельчают до мелкой крошки (менее 5 мм) и используют для изготовления покрытий, засыпки стадионов и др. Однако, это не является в прямом смысле утилизацией (рециклингом) т.к. после использования и износа требуется их переработка. Таким образом, это лишь откладывает утилизацию на некоторое время.

Известен и широко рекламируется пиролиз (термолиз) резины в закрытых реакторах [2]. В результате получают некоторое количество нефтеподобного продукта (синтетическая нефть), сажу или полукокс и небольшое количество углеводородного газа, используемого для производства того же пиролиза.

Синтетическая нефть находит применения, в основном для переработки, как и природная нефть. Сажа (полукокс) используется как дешевое, очень зольное топливо.

В техническом углероде адсорбировано значительное количество масел, из-за чего светопропускание его толуольного экстракта находится на уровне 50-75%, что значительного ниже допустимой нормы. Отжиг полукокса для получения качественного, дорого продукта по современным технологиям возможен, но он требует нагрева до температур значительно выше 1000°С, что дорого и сложно. В установках пиролиза резины при температуре выше 400°С и длительного времени пребывания в реакторе, содержащиеся в резине пластификаторы - масла подвергаются термическому крекингу с выходом кокса, последний в составе технического углерода делает его неприемлемым для вторичного использования в производстве резины.

Существует «Устройство для термического отжига технического углерода» при доступной температуре около 400°С [4].

Это устройство хорошо работает в совокупности с низкотемпературным термолизом (350-400°С), что было четко показано на пилотной установке производительностью до 300 кг резины в сутки [5, 6, 7].

При этом получена товарная сажа (технический углерод), пригодный для использования при производстве резинотехнических изделий (автопокрышек и др.), лакокрасочных покрытий, полимерных продуктов, адсорбентов и др. Светопропускание толуольного экстракта технического углерода получено в пределах 97-99%. К недостаткам указанных видов термолиза можно отнести:

- Сложность установок, требующих циркуляции в качестве «растворителя» бензиновых фракций или воды, что требует затрат тепла на испарение

- Наличие таких сложных и дорогих агрегатов как огневые трубчатые печи, ректификационные колонны и др;

- Высокое давление в реакторе.

К достоинству «Процесса и установки по переработке резинотехнических отходов [7] следует отнести простое и надежное конструктивное решение реакторного узла - органически связанных реактора термолиза, реактора «облагораживания» технического углерода и газо-пылевого фильтра, а также низкое давление в реакторе (близкое к атмосферному) и непрерывность процесса.

Предлагаемая модель лишена указанных недостатков за счет:

- Использования удачного взаимодополняющего сочетания двух реакторов и фильтра (как в [7]);

- Замену циркулирующей бензиновой фракции циркулирующим абгазом конденсатора жидких продуктов реакции после сжатия его в компрессоре;

- Использованием циркулирующего абгаза для обратной импульсной продувки фильтрующих элементов газопылевого фильтра;

- Низкого давления в реакторе (как в [7]);

- Непрерывность процесса переработки (как в [4, 5, 6, 7]);

- Отсутствие таких сложных и дорогих агрегатов как огневая трубчатая печь и ректификационная колонна.

На фиг.1 представлена схема установки по переработке резиносодержащих отходов, например, использованных автомобильных покрышек. На фиг. представлено поперечное сечение фильтра.

1. Реактор термолиза;

2. Сырье;

3. Система нагрева реактора;

4. Спираль;

5. Рукавный газопылевой фильтр с короткоимпульсной продувкой;

6. Теплообменник;

7. Конденсатор;

8. Хладагент: вода или воздух;

9. Конденсат;

10. Синтетическая нефть;

11. Вода или воздух;

12. Газ, циркулирующий через реактор термолиза;

13. Газовый компрессор;

14. Абгаз;

15. Водяной или воздушный холодильник;

16. 3-х фазный сепаратор;

17. Конденсат;

18. Фильтрующий элемент рукавного фильтра с обратной короткоцикловой продувкой;

19. Реактор облагораживания в виде спирального транспортера;

20. Воздух;

21. Воздушный компрессор;

22. Технический углерод;

23. Хладагент - воздух или вода, снимающий излишки тепла с технического углерода через стенку реактора 19;

24. Мотор - редуктор;

25. Шлюзовые питатели;

26. Регулятор расхода;

27. Регулятор давления «до себя»;

28. Сброс газа;

29. Азот;

30. Электромагнитные клапаны;

31. Слив конденсата Н20;

32. Азотная установка.

Работу установки поясняем на примере переработки фрагментов автопокрышек или какого-либо другого резиносодержащего сырья. Сырье должно быть измельчено до размера пропускной способности реактора термолиза или, в зависимости от требований к продуктам термолиза, до размера 5-6 мм, с тем, например, чтобы удалить из сырья корды.

Таким образом, на вход в реактор термолиза 1 поступает резиновая крошка 2, где при температуре 350-400°С и давлении до 0.5 МПа проходит терморазложение сырья. Нагрев производят путем подвода тепла к наружным стенкам реактора 1 за счет электронагрева 3.

Внутри реактора вращается спиральная пружина 4, обычно прямоугольного сечения, и таким образом, реактор представляет собой спиральный транспортер. Движителем сырья и твердых продуктов термолиза является спираль 4.

Продукты разложения сырья: твердые (технический углерод) и газообразные (в т.ч. углеводороды) разделяются в рукавном фильтре 5.

В качестве рукавного фильтра пригодного для работы при температуре термолиза резины предалгается использовать рукавный фильтр из нержавеющей металлической сетки ГОСТ 3187-76 с обратной короткоимпульсной продувкой [7, 8].

Твердый продукт - твердую сыпучую фракцию в виде порошка технического углерода (сажи) направляют в реактор облагораживания технического углерода 19 для очистки от жидких углеводородов, а газообразные продукты через теплообменник 6 в конденсатор 7, представляющий собой вертикальный трубчатый теплообменник, в межтрубное пространство которого подают хладоагент - воду или воздух, а нижняя часть корпуса конденсатора используется в качестве накопителя, где вследствие охлаждения водой или воздухом 8, образующийся конденсат 9 отводится в виде продукта: синтетической нефти 10 и абгаза 14.

Абгаз 14 сжимают компрессором 13, охлаждают в водяном или воздушном холодильнике 15, в который поступает хладоагент - вода или воздух 11, отделяют от конденсата 17 в трехфазном сепараторе 16. Затем через теплообменник 6 циркулирующий газ 12 направляют на вход в реактор 1, где он служит выносителем углеводородных продуктов - масел мягчителей резины. Часть газа используют в качестве обратной продувки через электромагнитные клапана 30 в фильтр 7 для регенерации фильтрующих элементов 18.

Углеводородный конденсат 17, состоящий из бензиновой фракции, сбрасывают в интетическую нефть (10), а водяной конденсат 31 в канализацию. Твердый продукт термолиза - технический углерод направляют в реактор облагораживания 19, где освобождают от адсорбированных углеводородов - тяжелых масел путем десорбции дымовыми газами, полученными при температуре 400°С при отжиге остаточных углеводородов кислородом воздуха 20, подаваемого воздушным компрессором 21. Остатки углеводородов выжигают при 400-500°С кислородом воздуха, который подают в конец реактора облагораживания.

Облагороженный технический углерод 22 охлаждают воздухом или водой 23 через стенки реактора 19 и направляют в товарный парк.

Привод вращения спиралей реакторов осуществляют мотор - редукторами 24.

Т.к. в реакторной группе (состоящей из реакторов 1 и 19, фильтра 5) и конденсаторе 7 желательно поддерживать небольшое давление (до 0.5 МПа) ввод сырья и вывод товарного технического углерода производят через шлюзовые питатели 25.

Регулирование давления в реакторной группе производят регулятором давления 27 («до себя») за счет сброса балансового количества газа 28, образовавшегося в результате термолиза и отжига технического углерода.

Регулирование циркуляции газа через реактор термолиза 1 осуществляют регулятором расхода 26.

При пуске установки осуществляют заполнение ее азотом 29 из азотной установки 32.

Пилотная установка, воспроизводящая схему предлагаемой модели успешно работала в течение продолжительного времени. Ее производительность достигала 360 кг сырья в сутки. Основные агрегаты установки и оба реактора и (фильтр показали стабильную работу. Полученные продукты - синтетическая нефть и технический углерод исследовались в отраслевых лабораториях и по техническим характеристикам признаны пригодными для использования в вышеуказанных отраслях промышленности.

В частности, синтетическая нефть оказалась малосернистой (-0.5% S) и маловязкой, а технический углерод с низким содержанием жидких углеводородов (светопропускание 98-99%)

Использованная литература:

1. http://www.etrma.org/pdf/20101220%20Brochure%20ELT_2010_final%20version.pdf

2. http://mangeta07.ru/sfery_primenemya_rezino

3. A.B.Макаров. «Некоторые аспекты рециклинга изношенных автомобильных покрышек методом пиролиза. Вестник ТОГУ. 2008. N1(8)»;

4. Патент РФ 102615 (06.10.2010) «Устройство для термического отжига технического углерода»;

5. Патент РФ 2220986 (24/04/2008). «Способ переработки резиносодержащих отходов»;

6. Патент РФ 2352600 (27.12.2006) «Способ производства технического углерода, компонентов углеводородных топлив и сырья для химической промышленности из сырья - резиносодержащих отходов»;

7. Заявка на патент РФ 2010120317 (21.05.2010).

1. Установка для переработки резиносодержащих отходов, в первую очередь автопокрышек, состоящая из реактора термолиза резины в виде спирального транспортера, реактора облагораживания технического углерода в виде спирального транспортера, газопылевого рукавного фильтра с импульсной обратной продувкой, воздушного и газового компрессора, конденсатора жидких продуктов термолиза, теплообменника, водяного или воздушного холодильника, трехфазного сепаратора сжатого газа, шлюзовых питателей на входе сырья и на выходе товарного технического углерода, причем сырье - резиновую крошку, освобожденную от кордов направляют в реактор термолиза через шлюзовый питатель, термолиз резины производят при температуре 350-400°С и давлении до 0,5 МПа, продукты термолиза разделяются на газовую и твердую фракции в рукавном фильтре, газ охлаждают последовательно в теплообменнике и конденсаторе, а твердую сыпучую фракцию - технический углерод направляют в реактор облагораживания, где из нее последовательно десорбируют тяжелые масла при температуре около 400°С дымовыми газами, а их остатки выжигают кислородом воздуха, который подают в конец реактора облагораживания при температуре 400-500°С; технический углерод, избавленный от жидких углеводородов, охлаждают хладоагентом через стенки реактора и выводят из установки через шлюзовый питатель в товарном виде, отличающаяся тем, что в качестве выносителя масел из реактора термолиза используют сжатый в первой ступени газового компрессора абгаз из конденсатора.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что для обратной импульсной продувки фильтра используют абгаз из трехфазного сепаратора газового компрессора при давлении до 1,5 МПа.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве конденсатора жидких продуктов термолиза используется вертикальный трубчатый теплообменник, в межтрубное пространство которого подают хладагент - воду или воздух, а нижняя часть корпуса конденсатора используется в качестве накопителя и декантактора жидких продуктов - углеводородов и воды.