Устройство для переработки органических отходов

Полезная модель относится к технологии переработки органических промышленных и бытовых отходов и может быть применена в жилищно-коммунальном хозяйстве для утилизации отходов, топливно-энергетическом комплексе, промышленности нефтеоргсинтеза, а также в резино-технической промышленности, и позволяет снизить энергоемкость устройства и уменьшить количество выбросов в окружающую среду. Устройство для переработки органических отходов содержит парогенератор с печью и установленное перед печью устройство для загрузки, при этом оно снабжено камерой загрузки, размещенной перед печью, камерой охлаждения, печью термолиза, конденсатором со средством отвода тепловой энергии, сепаратором для разделения конденсата на воду и жидкую фракцию и средством ректификации жидкой фракции, вход конденсатора соединен с верхней зоной печи термолиза, выход конденсатора по жидкой фазе соединен со входом сепаратора, а выход его по газообразной фазе соединен с парогенератором, к выходу сепаратора по воде подсоединена емкость, соединенная через фильтр с входом воды парогенератора и с распылителем воды камеры охлаждения. Камера загрузки и камера охлаждения снабжены узлами герметизации соответственно в виде дверей и шиберных заслонок. Устройство снабжено ректификационной колонкой, соединенной с емкостью для жидкой фазы с диапазоном температур кипения до 250°С и с емкостью для жидкой фазы с диапазоном температур кипения выше 250°С, которая соединена с горелкой парогенератора. Кроме того, оно снабжено дизельной электростанцией, соединенной с емкостью для жидкой фазы с диапазоном температур до 250°С, а ректификационная колонка имеет электрический нагреватель, подключенный к дизельной электростанции. Средство отвода тепловой энергии выполнено в виде радиатора с вентилятором. Кроме того, устройство снабжено шасси, на котором смонтированы все его агрегаты.

Полезная модель относится к технологии переработки органических промышленных и бытовых отходов и может быть применена в жилищно-коммунальном хозяйстве для утилизации отходов, топливно-энергетическом комплексе, промышленности нефтеоргсинтеза, а также в резинотехнической промышленности.

Известно устройство для пиролиза шин, содержащее камеру загрузки в виде ванны с маслом, цилиндрическую реторту с огнеупорной футеровкой и решеткой для ввода топочных газов, газовые горелки, соединенные с рубашкой реторты, скребковый транспортер для выгрузки углеродистого остатка (1).

Недостатками устройства является большой расход масла при загрузке шин в реторту, высокие энергозатраты, сложность процесса отделения газообразных продуктов пиролиза шин от продуктов сгорания газа и твердого остатка, образование токсичных соединений в результате попадания масла из камеры загрузки в реторту.

Известно устройство (2), на котором реализуют способ переработки резиновых отходов, включающее реактор со шлюзовой камерой и решеткой, парогенератор с пароперегревателем, подключенным к реактору, конденсатор, соединенный с реактором, дробилку, соединенную с выходом твердых продуктов из реактора, охладитель твердых продуктов, подключенный к дробилке, сепаратор для отделения металла от углеродистого остатка, пресс для брикетирования углеродистого остатка.

Недостатками данного устройства являются большой расход водяного пара и обусловленные этим высокие энергозатраты, а также высокая материалоемкость, связанная с наличием специального оборудования для перегрева водяного пара до температуры 1600°С.

Известно устройство (3) для переработки резиновых отходов, содержащее топку со сводом и дымовой трубой, размещенную над топкой реторту, конструктивно связанную с камерой охлаждения, и конденсатор. Между сводом топки, ретортой и камерой охлаждения размещена дисперсная засыпка из огнеупорного материала с диаметром частиц 5-250 мм и образующая газоход из топки в дымовую трубу. В засыпке смонтирован испаритель, который посредством паропровода связан с ретортой; сепаратор для отделения воды от продуктов разложения отходов соединен водопроводом с камерой охлаждения и испарителем; теплообменник, который своим входом соединен с ретортой, а выход его подключен на вход конденсатора.

К недостаткам данного устройства относятся образующиеся большие объемы загрязненного продуктами разложения резины конденсата, для очистки которого требуются специальные устройства: сепаратор и специальный фильтр; большой расход охлаждающей воды.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели является устройство для переработки резиновых отходов (4), которое содержит смонтированный на шасси заборный орган и установленный за ним перфорированный транспортер, бункер и паровой котел с печью кипящего слоя. Верхняя ветвь транспортера пропущена через бункер, верхняя часть которого сообщена с парогенератором парового котла, а нижняя, для сбора нефтепродуктов, сообщена с печью кипящего слоя.

Существенным недостатком данного устройства является выход парогазовой смеси в окружающую среду, что приводит к загрязнению окружающей среды газообразными продуктами разложения органических отходов.

Недостатком устройства является также ограничение по геометрическим размерам перерабатываемых отходов, т.е. устройство обеспечивает переработку только диспергированных отходов (измельченных). В свою очередь диспергирование отходов (особенно резиновых) требует больших энергозатрат, что с учетом потери рабочего пара из-за выхода его в

окружающую среду и приводит к большим энергозатратам на процесс переработки отходов.

Задачей предполагаемого технического решения является создание устройства, повышающего эффективность процесса переработки резиновых отходов.

Техническим результатом полезной модели является снижение энергоемкости устройства и уменьшение количества вредных выбросов в окружающую среду.

Технический результат достигается тем, что устройство для переработки органических отходов, содержащее парогенератор с печью и установленное перед входом в печь устройство для загрузки, снабжено камерой загрузки, размещенной перед печью, камерой охлаждения, печью термолиза, конденсатором со средством отвода тепловой энергии, сепаратором для разделения конденсата на воду и жидкую фракцию и средством ректификации жидкой фракции, вход конденсатора соединен с верхней зоной печи термолиза, выход конденсатора по жидкой фазе соединен со входом сепаратора, а выход его по газообразной фазе соединен с парогенератором, к выходу сепаратора по воде подсоединена емкость, соединенная через фильтр со входом воды парогенератора и с распылителем воды камеры охлаждения, а к выходу сепаратора по жидкой фракции подсоединено средство ректификации жидкой фракции.

Кроме того, на входе в камеру загрузки, между камерой загрузки и печью, между печью и камерой охлаждения и на выходе из камеры охлаждения расположены узлы герметизации, при этом узлы герметизации на входе в камеру загрузки и между камерой загрузки и печью выполнены в виде дверей, а узлы герметизации между печью и камерой охлаждения и на выходе из камеры охлаждения выполнены в виде шиберных заслонок.

Кроме того, средство ректификации жидкой фракции выполнено в виде ректификационной колонки, соединенной с емкостью для жидкой фазы с диапазоном температур кипения до 250°С и с емкостью для жидкой фазы с диапазоном температур кипения выше 250°С, которая соединена с горелкой

парогенератора.

Устройство также может быть снабжено дизельной электростанцией, соединенной с емкостью для жидкой фазы с диапазоном температур до 250°С, а ректификационная колонка имеет электрический нагреватель, подключенный к дизельной электростанции.

Кроме того, средство отвода тепловой энергии может быть выполнено в виде радиатора с вентилятором.

Устройство может быть снабжено шасси, на котором смонтированы все агрегаты устройства.

Снижение энергозатрат достигается за счет использования в парогенераторе энергии сжигания образующегося в камере термолиза и/или конденсаторе жидкого или газообразного носителя, а также за счет предварительного нагрева обрабатываемого продукта в камере загрузки теплом отводимых из печи продуктов сгорания.

Использование камеры загрузки, выполняющей роль шлюзовой камеры, позволяет снизить количество вредных выбросов в атмосферу. Дополнительно снизить количество выбросов позволяет использование узлов герметизации на камере загрузки и на камере охлаждения.

Использование перегретого пара одновременно в качестве теплоносителя и реагента в печи термолиза исключает образование токсинов, что обеспечивает экологическую чистоту процесса. Использование пара в замкнутом цикле позволяет исполнять установку в мобильном варианте, разместив ее на шасси.

Предложенная компоновка устройства позволяет создавать комплексы различной производительности.

На фиг. 1 приведен общий вид устройства.

Устройство для переработки органических отходов содержит устройство загрузки - транспортер в виде рольганга 1, проходящий через дверь 2, приводимый в движение двигателем 3 и входящий в камеру 4 загрузки. Парогенератор 5 имеет горелку 9, которая соединена с емкостью 6 с жидким топливом через краны 7 и 8, и дымовую трубу 10. Печь 13 имеет горелку 12, которая через кран 11 также

соединена с емкостью 6. Печь 13 соединена с рубашкой 14, на которой установлена дымовая труба 15. Кран 16 соединяет парогенератор 5 с теплообменником 17, расположенном в печи 13, имеющим датчик 18 температуры и соединенным через кран 19 с верхней зоной печи 20 термолиза, на которой установлен датчик 21 температуры и которая имеет дверь 22, соединяющую печь 20 термолиза с камерой 4 загрузки. Верхняя зона печи 20 термолиза соединена через кран 23 с конденсатором 24, который в свою очередь соединен с водяным насосом 25, установленным на емкости 26.

Емкость 26 соединена с радиатором 27, охлаждаемым вентилятором, и с датчиком 28 температуры. Конденсатор 24 через кран 29 соединен с сепаратором 30, который через кран 31 соединен со средством ректификации жидкой фракции, выполненным в виде ректификационной колонки 32.

Соединенная с сепаратором 30 накопительная емкость 33 для воды через фильтр 34 и кран 35 соединена с парогенератором. Электрический нагреватель 36 ректификационной колонки 32 подключен к дизельной электростанции 37. Дефлегматор 38, соединенный с ректификационной колонкой 32, через краны 39 и 40 и распределитель 41 соединен соответственно с конденсатором 24, водяным насосом 25 и конденсатором 42, который через кран 43 также соединен с водяным насосом 25.

Конденсатор 42 через приемник 44 и кран 45 соединен с дизельной электростанцией. Ректификационная колонка 32 через кран 46 соединена с накопительной емкостью 6, а конденсатор 24 соединен через кран 47 с горелкой 9. На линии, соединяющей конденсатор 24 с сепаратором 30, установлен датчик 48 концентрации в воде жидких продуктов разложения отходов. Под печью 20 термолиза размещена камера 49 охлаждения, герметично отделенная от печи шиберной заслонкой 50 и имеющая систему 51 распыления воды, соединенную с емкостью 33, клапан 52 и датчик 53 температуры твердых продуктов разложения. Под камерой 49 расположен накопительный контейнер 54 для твердых продуктов, герметично отделенный от нее шиберной заслонкой 55.

Устройство работает следующим образом.

На рольганге 1 формируют стопку из изношенных шин путем укладки

одной шины на другую. После формирования стопки открывают дверь 2, включают двигатель 3, который приводит в действие рольганг 1, и подают стопку шин в камеру 4 загрузки, а затем герметично закрывают дверь 2. После этого запускают в работу парогенератор 5. Для этого из емкости 6 с жидким топливом через краны 7 и 8 в горелку 9 парогенератора подают жидкое топливо и сжигают его. Продукты сгорания топлива выводят в дымовую трубу 10. Одновременно из емкости 6 через краны 7 и 11 в горелку 12 печи 13 подают жидкое топливо и сжигают его. Продукты сгорания топлива (температура до 700°С) выводят из печи 13 через рубашку 14 в дымовую трубу 15. От парогенератора 5 через кран 16 в теплообменник 17 подают водяной пар, который, проходя через теплообменник 17, нагревается до температуры 600-700°С. При этом температуру перегрева пара контролируют по показаниям датчика 18 температуры. Перегретый водяной пар из теплообменника 17 через кран 19 подают в печь 20 термолиза . В результате подачи перегретого до 600-700°С пара и теплообмена со стенкой печи 13 и стенкой рубашки 14 в печи 20 термолиза температура парогазовой среды поднимается до 500 С, что контролируют по показаниям датчика 21 температуры. После достижения в печи 20 термолиза температуры 500 С открывают дверь 22 и с помощью рольганга 1 стопку изношенных шин из камеры 4 загрузки подают в печь термолиза 20. Затем дверь 22 герметично закрывают.

В печи 20 термолиза в результате теплообмена с парогазовой средой происходит нагрев изношенных шин до температуры 450°С и протекает процесс термического разложения резины с образованием газообразных и твердых продуктов. Образующиеся газообразные продукты через кран 23 выводят в конденсатор 24. Одновременно с выводом газообразных продуктов через рубашку конденсатора 24 с помощью водяного насоса 25 из емкости 26 прокачивают охлаждающую воду. В результате теплообмена с газообразными продуктами разложения изношенных шин охлаждающая вода нагревается.

Нагретую воду из рубашки конденсатора 24 подают обратно в емкость 26. Затем нагретую воду из емкости 26 подают в радиатор 27 с вентилятором, где в результате теплообмена с потоком воздуха, создаваемым вентилятором, воду охлаждают до температуры 15-20°С и возвращают в емкость 26. Температуру охлаждения воды контролируют по показаниям датчика 28 температуры.

В конденсаторе 24 газообразные продукты разложения изношенных шин и водяной пар охлаждают, в результате чего водяной пар и часть газообразных продуктов разложения конденсируются с образованием воды и жидкой фракции. Образующуюся смесь воды и жидкой фракции через кран 29 из конденсатора 24 выводят в сепаратор 30, где отделяют жидкую фракцию от воды. После этого жидкую фракцию из сепаратора 30 через кран 31 подают в ректификационную колонку 32, а воду подают в накопительную емкость 33. Из накопительной емкости 33 через фильтр 34 и кран 35 очищенную воду возвращают в парогенератор 5 для получения рабочего водяного пара. В ректификационной колонке 32 жидкую фракцию нагревают с помощью электрического нагревателя 36, подключенного к дизельной электростанции 37. Образующиеся в результате нагрева жидкой фракции пары из колонки 32 поступают в дефлегматор 38, где частично конденсируются в результате теплообмена с охлаждающей водой, подаваемой в рубашку дефлегматора 38 через кран 39 и выводимой из рубашки через кран 40. Часть конденсата паров (флегма) через распределитель 41 стекает .обратно в колонку 32, а другая часть (дистиллят) поступает в конденсатор 42, охлаждаемый водой, которая подается через кран 43. Из конденсатора 42 дистиллят с температурой кипения до 250 С поступает в приемник 44, из которого через кран 45 часть дистиллята подают в качестве топлива в двигатель дизельной электростанции 37.

Остаток жидкой фракции с температурой кипения выше 250°С через кран 46 сливают в емкость 6.

Неконденсирующиеся газообразные продукты термического разложения изношенных шин из конденсатора 24 через кран 47 подают в горелку 9

парогенератора 5 и сжигают.

После завершения процесса термического разложения изношенных шин (момент завершения процесса определяют с помощью датчика 48, контролирующего содержание жидких продуктов разложения в воде, поступающей в сепаратор 30) твердые продукты разложения из печи 20 термолиза выводят в камеру 49 охлаждения. Для этого открывают шиберную заслонку 50, и твердые продукты под действием собственного веса проваливаются из печи 20 термолиза в камеру 49 охлаждения. После этого шиберную заслонку 50 герметично закрывают. Открывают двери 22 и в печь 20 термолиза подают очередную стопку изношенных шин.

После выгрузки твердых продуктов разложения шин в камеру 49 охлаждения из емкости 33 через системы 51 распыления распыляют воду. Вода охлаждает твердые продукты до 100-120°С. Образующиеся водяные пары поднимают давление в камере 49 охлаждения и через клапан 52 выходят в печь 20 термолиза. Температуру охлаждения твердых продуктов контролируют по показаниям датчика 53 температуры.

После охлаждения твердые продукты выгружают из камеры 49 охлаждения в накопительный контейнер 54 . Для этого открывают шиберную заслонку 55, и твердые продукты под действием собственного веса проваливаются в контейнер 54. Шиберную заслонку 55 после выгрузки твердых продуктов закрывают.

Полезная модель иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

На рольганге 1 формируют стопки из изношенных шин весом 400 кг путем укладки одной шины на другую. При условии, что одна шина имеет вес 40 кг, необходимо сформировать две стопки по 5 шин каждая. Геометрические размеры одной стопки будут следующие: диаметр - 1м, высота - 1м. После формирования стопок открывают дверь 2, включают двигатель 3, который приводит в действие рольганг 1, и перемещают обе стопки шин в камеру 4 загрузки, а затем закрывают дверь 2. После перемещения стопок шин в камеру 4 загрузки запускают в работу парогенератор 5. Для этого из

емкости 6 с жидким топливом через краны 7 и 8 в горелку 9 парогенератора подают жидкое топливо с расходом 18 кг/ч и сжигают его для получения 200 кг/ч водяного пара при Т=140°С и давлении 3,6 атм (0,36 МПа). Продукты сгорания топлива в количестве 220 кг/ч (при сгорании 1 кг топлива образуется 12,2 кг продуктов сгорания) выводят в дымовую трубу 10.

Одновременно из емкости 6 через краны 7 и 11 в горелку 12 печи 13 подают жидкое топливо с расходом 13,5 кг/ч и сжигают его для перегрева 200 кг/ч водяного пара от Т=140°С до Т=655°С и нагрева рабочей среды в печи 20 термолиза.

Продукты сгорания топлива (температура до 800°С) в количестве 165 кг/ч выводят из печи 13 через рубашку 14 в дымовую трубу 15.

Проходя через рубашку 14 в печи 20 термолиза, продукты сгорания охлаждаются до температуры 500°С и далее, проходя через рубашку в камере 4 загрузки, они охлаждаются до 250 и выбрасываются в окружающую среду. При этом количество тепла, передаваемого от продуктов сгорания в печь 20 термолиза, составит величину:

Q_{прод. сгорания} 1 = М_{прод. сгорания} С_{прод. сгорания} (Т2-Т1) = 165 кг/ч. 1,34 кДж/кг С (80 С-500 С) = 66330 кДж/ч.

где М_{прод. сгорания} - количество продуктов сгорания, кг/ч ; С_{прод. сгорания} - удельная теплоемкость продуктов сгорания, кДж/кг С; Т1 и Т2 - температура входа продуктов сгорания в рубашку 14 в печи 20 термолиза и температура выхода их из рубашки 14 в печи 20 термолиза.

В камере 4 загрузки тепло от продуктов сгорания передается резиновым отходам. Количество этого тепла следующее:

Q_{прод. сгорания} 2 = М _{прод. сгорания} С_{прод. сгорания} (Т4-Т3) = 165 кг/ч. 1,34 кДж/кг С (500 С-250 С) = 55275 кДж/ч,

где Т3 и Т4 - температура входа продуктов сгорания в рубашку 14 в камере 4 загрузки 4 и температура выхода их в окружающую среду.

Поскольку печь 13 имеет общую стенку с печью 20 термолиза, то тепло от стенки конвективным и радиационным путем (стенка нагрета до 800°С) передается изношенным шинам, и количество этого тепла составляет 25% от

выделяющегося в печи 13 тепла при сжигании 13,5 кг/ч жидкого топлива, т.е. данное количество тепла равно 0,25. 13,5 кг/ч. 44440 кДж/кг = 150000 кДж/ч. Принято, что 44440 кДж/кг - удельная теплота сгорания жидкого топлива.

Суммарное количество тепла, необходимого для термического разложения отходов в печи 20 термолиза, определяется следующим образом

Qобщ = Qнaгp. + Оразл. + Qпoтеpь, Т.е. Qобщ = 1,2 {(Ср отходов Мотх.(Т2-Т1) + qMoтx)}.

Qобщ. == 1,2{(1,4 кДж/кг 400 кг (500 С-100 С)+

+ 600 кДж/кг 400 кг)} = 556800 кДж

где Qобщ - общее количество тепла, которое необходимо для термического разложения ;QHarp. - тепло нагревания отходов до 500°С; Qразл. - тепло, затрачиваемое на разложение отходов; Qпoтepь - тепловые потери, составляющие 20% от тепла нагревания и разложения; q - удельное тепло разложения, равное для резиновых отходов 600 кДж/кг; Мотх. - масса отходов; Т1 и Т2 - начальная и конечная температура отходов. В нашем случае начальная температура отходов принята равной 100 С, т.к. уже в камере 4 загрузки отходы прогреваются от 20°С до 100°С за счет передачи тепла от нагретой до 200С поверхности двери 22 печи 20 термолиза и передачи тепла от нагретой рубашки 14.

Так как часть тепла в печь 20 термолиза подводится через стенку печи 13 (150000 кДж/ч), часть тепла подводится через рубашку 14 от продуктов сгорания топлива в печи 13 (66330 кДж /ч), и за 120 минут будет подведено (150000 кДж/ч + 66330 кДж/ч). 2 ч = 432660 кДж тепла, то с перегретым паром необходимо подвести следующее количество тепла: (556800 - 432660) кдж = 124140 кДж. Следовательно необходимое количество перегретого водяного пара Gпapa (Твхода= 700°С, Твыхода= 450°С, Спара= 2 кДж/кг С) составит величину:

Gпapa = {(124140 кДж)/ 2 кДж/кг С (655 С-500 С )}/2 ч = 200 кг/ч.

От парогенератора 5 через кран 16 в теплообменник 17 с расходом 200 кг/ч подают водяной пар, который, проходя через теплообменник 17,

нагревается до температуры 655°С. При этом температуру перегрева пара контролируют по показаниям датчика 18 температуры. Перегретый водяной пар из теплообменника 17 с расходом 200 кг/ч через кран 19 подают в печь 20 термолиза. В результате подачи перегретого до 655°С пара и теплообмена со стенкой печи 13 и стенкой рубашки 14 в печи 20 термолиза температура парогазовой среды поднимается до 500°С, что контролируют по показаниям датчика 21 температуры. После достижения в печи 20 термолиза температуры 500°С открывают дверь 22 и с помощью рольганга 1 две стопки изношенных шин из камеры 4 загрузки перемещают в печь 20 термолиза. Затем дверь 22 закрывают. В печи 20 термолиза в результате теплообмена с парогазовой средой в течение 60 минут происходит нагрев изношенных шин до температуры 300. С и начинается процесс термического разложения резины, который протекает 60 минут.

В нашем случае образуются газообразные (160 кг) и твердые (240 кг) продукты разложения изношенных шин. Газообразные продукты разложения через кран 23 выводят в конденсатор 24. Одновременно с выводом газообразных продуктов через рубашку конденсатора 24 с помощью водяного насоса 25 из емкости 26 прокачивают охлаждающую воду.

В результате теплообмена с газообразными продуктами разложения изношенных шин охлаждающая вода нагревается. Нагретую воду из рубашки конденсатора 24 подают обратно в. емкость 26. Затем нагретую воду из емкости 26 подают в радиатор 27 с вентилятором, где в результате теплообмена с потоком воздуха, создаваемым вентилятором, воду охлаждают до температуры 30°С и возвращают в емкость 26. Температуру охлаждения воды контролируют по показаниям датчика 28 температуры 28 и устанавливают равной 30°С путем изменения оборотов вращения вентилятора и регулировки таким образом потока охлаждающего воздуха через радиатор.

В конденсаторе 24 газообразные продукты разложения изношенных шин и водяной пар охлаждают, в результате чего водяной пар и часть газообразных продуктов разложения конденсируются с образованием воды и жидкой фракции.

Пусть в нашем случае конденсируется 90% парогазовых продуктов, т.е. 0,9×160 кг/ч = 144 кг/ч (процесс конденсации парогазовых продуктов протекает 2 ч). Теплота конденсации данных продуктов составляет 300 кДж/кг, а теплоемкость их в газообразном состоянии 3 кДж/кг С. В этом случае в конденсаторе 24 в результате охлаждения и конденсации части парогазовых продуктов выделится следующее количество тепла Q = Сп.п. Мл.п.(Твх.п.п. + Твыхп.п.) + qконд.п.п. Mп.п.= 3 кДж/кгС. 72 кг/ч (500-100) С + 300 кДж/кг. 72 кг/ч = 108000 кДж/ч,

где Сп.п. - удельная теплоемкость парогазовых продуктов; Мп.п. - масса парогазовых продуктов; Твхп.п. и Твыхп.п. температура входа парогазовых продуктов в теплообменник и температуры выхода их из теплообменника; qкoнд.п.п. удельная теплота конденсации парогазовых продуктов.

Одновременно в конденсаторе 24 охлаждается и конденсируется водяной пар в количестве 200 кг/ч. При этом количество выделяющейся теплоты будет равно:

Q = СвпМвп. (Твхп.п. + Твыхп.п.) + гвп. Мвп. = 2 кДж/кг 200 кг/ч (500 С-100 С)+ 2500 кДж/кг. 200 кг/ч = 660000 кДж/ч,

где Св.п. - удельная теплоемкость водяного пара, 2 кДж/кг С; Мвп. - масса водяного пара; гв.п - удельная теплота конденсации водяного пара, 2500 кДж/кг.

Таким образом, в конденсаторе 24 необходимо отводить следующее количество тепла : 108000 кДж/ч + 660000 кДж/ч = 768000 кДж/ч .

Для отвода такого количества тепла потребуется следующее количество охлаждающей воды :

Мводы = Q/{Ср. воды (Твыхода - Твхода)} = 768000 кДж/ч/{4,18 кДж/кг С (80 С-30 С)} = 3674 кг/ч,

где Ср.воды - удельная теплоемкость воды, 4,18 кДж/кг С; Твхода, Твыхода - температура охлаждающей воды на входе в рубашку конденсатора 24 и на выходе из рубашки. Образующуюся смесь воды и жидкой фракции в количестве 72 кг/ч + 200 кг/ч = 272 кг/ч через кран 29 из конденсатора 24 выводят в сепаратор 30, где отделяют жидкую фракцию в количестве 72 кг/ч от воды.

После этого жидкую фракцию из сепаратора 30 через кран 31 в количестве 72 кг/ч подают в ректификационную колонку 32, а воду в количестве 200 кг/ч подают в накопительную емкость 33. Из .накопительной емкости 33 через фильтр 34 и кран 35 очищенную воду возвращают в парогенератор 5 для получения рабочего водяного пара.

В ректификационной колонке 32 жидкую фракцию нагревают с помощью электрического нагревателя 36, подключенного к дизельной электростанции 37. Образующиеся в результате нагрева жидкой фракции пары из колонки 32 поступают в дефлегматор 38, где частично конденсируются в результате теплообмена с охлаждающей водой, подаваемой в рубашку дефлегматора 38 через кран 39 и выводимой из рубашки через кран 40. Часть конденсата паров (флегма) через распределитель 41 стекает обратно в колонку 32, а другая часть (дистиллят) поступает в конденсатор 42, охлаждаемый водой, которая подается через кран 43. Из конденсатора 42 дистиллят с температурой кипения до 250 С в количестве 16 кг/ч поступает в приемник 44, из которого через кран 45 часть дистиллята в количестве 8 кг/ч подают в качестве топлива в двигатель дизельной электростанции 37.

Остаток жидкой фракции с температурой кипения выше 250°С в количестве 56 кг/ч через кран 46 сливают в емкость 6.

Неконденсирующиеся газообразные продукты термического разложения в количестве 16 кг/ч (теплота сгорания 22220 кДж/кг) из конденсатора 24 через кран 47 подают в горелку 9 парогенератора 5 и сжигают. При этом снижают расход топлива, подаваемого из емкости 6 в горелку 9 до (18 кг/ч-8 кг/ч) = 10 кг/ч.

После завершения процесса термического разложения изношенных шин (момент завершения процесса определяют с помощью датчика 48, контролирующего содержание жидких продуктов разложения в воде, поступающей в сепаратор 30) твердые продукты разложения из печи термолиза 20 выводят в камеру 49 охлаждения. Для этого открывают двери 50, и твердые продукты под действием собственного веса проваливаются из печи

20 термолиза в камеру 49 охлаждения. После этого двери 50 закрывают. Открывают двери 22 и в печь 20 термолиза подают очередную стопку изношенных шин.

После выгрузки твердых продуктов разложения шин в камеру 49 охлаждения из емкости 33 через системы 51 распыления распыляют воду. Вода охлаждает твердые продукты до 100°С. Образующиеся водяные пары поднимают давление в камере 49 охлаждения и через клапан 52 выходят в печь 20 термолиза.

С водяным паром в печь 20 термолиза возвращается тепло охлаждения твердого остатка, что приводит к снижению расхода энергоресурсов на процесс переработки резиновых отходов.

Температуру охлаждения твердых продуктов контролируют по показаниям датчика 53 температуры.

Для охлаждения твердых продуктов от 500°С до 100°С потребуется следующее количество воды:

Мводы - {Ст.п. Мт.п. (500 С-100 С)} : {Ср.вода (100 С-30 С) +

+ Гв.п.}-{0,8 кДж/кг С 120 кг/ч . 400 С}:{4.18 кДж/кгС. 70 С + 2500 кДж/кг} = 13, 7 кг/ч,

где Ст.п. - удельная теплоемкость твердых продуктов, 0,8 кДж/кг С; Мт.п. -количество охлаждаемых в час твердых продуктов, кг/; гв.п. - теплота испарения воды (равна теплоте конденсации пара), - 2500 кДж/кг. После охлаждения до 100°С твердые продукты выгружают из камеры 49 охлаждения в накопительный контейнер 54 . Для этого открывают шиберную заслонку 55, и твердые продукты под действием собственного веса проваливаются в контейнер 54. Шиберную заслонку 55 после выгрузки твердых продуктов закрывают.

Пример 2.

На рольганге 1 формируют стопки из изношенных шин весом 200 кг путем укладки одной шины на другую. При условии, что одна шина имеет вес 20 кг, необходимо сформировать две стопки по 5 шин каждая. Геометрические размеры одной стопки будут следующие: диаметр - 0,8 м, высота - 0,9 м.

После формирования стопок открывают дверь 2, включают двигатель 3, который приводит в действие рольганг 1, и перемещают обе стопки шин в камеру 4 загрузки, а затем закрывают дверь 2. После перемещения стопок шин в камеру 4 загрузки запускают в работу парогенератор 5. Для этого из емкости 6 с жидким топливом через краны 7 и 8 в горелку 9 парогенератора подают жидкое топливо с расходом 4 кг/ч и сжигают его для получения 19,1 кг/ч водяного пара при Т=140°С и давлении 3,6 атм. (0,36 МПа). Продукты сгорания топлива в количестве 48,8 кг/ч (при сгорании 1 кг топлива образуется 12,22 кг продуктов сгорания) выводят в дымовую трубу 10.

Одновременно из емкости 6 через краны 7 и 11 в горелку 12 печи 13 подают жидкое топливо с расходом 7 кг/ч и сжигают его для перегрева 19,1 кг/ч водяного пара от Т=140°С до Т=700°С и нагрева рабочей среды в печи 20 термолиза.

Продукты сгорания топлива (температура до 800°С) в количестве 85,5 кг/ч выводят из печи 13 через рубашку 14 в дымовую трубу 15. Проходя через рубашку 14 в печи 20 термолиза, продукты сгорания охлаждаются до температуры 450°С и далее, проходя через рубашку в камере 4 загрузки, они охлаждаются до 250 и выбрасываются в окружающую среду. При этом количество тепла, передаваемого от продуктов сгорания в печь 20 термолиза, составит величину:

Q прод.сгорания 1 = Мпрод.сгорания С прод.сгорания (Т2-Т1) =

85,5 кг/ч. 1,34 кДж/кг С (800 С-450 С) = 40099,5 кДж/ч.

где Мпрод.сгорания - количество продуктов сгорания, кг/ч ; Спрод.сгорания - удельная теплоемкость продуктов сгорания, кДж/кг С; Т1 и Т2 - температура входа продуктов сгорания в рубашку 14 в печи 20 термолиза и температура выхода их из рубашки 14 в печи 20 термолиза.

В камере 4 загрузки тепло от продуктов сгорания передается резиновым отходам. Количество этого тепла следующее:

Q прод.сгорания 2 - Мпрод.сгорания С прод.сгорания (Т4-Т3) =

85,5 кг/ч . 1,34 кДж/кг С (450 С-250 С) = 22914 кДж/ч,

где Т3 и Т4 - температура входа продуктов сгорания в рубашку в камере 44

загрузки и температура выхода их в окружающую среду.

Поскольку печь 13 имеет общую стенку с печью 20 термолиза, то тепло от стенки конвективным и радиационным путем (стенка нагрета до 800°С) передается изношенным шинам, и количество этого тепла составляет 25% от выделяющегося в печи 13 тепла при сжигании 7 кг/ч жидкого топлива, т.е. данное количество тепла равно 0,25. 7 кг/ч. 44440 кДж/кг = 77770 кДж/ч. Принято, что 44440 кДж/кг - удельная теплота сгорания жидкого топлива.

Суммарное количество тепла, необходимого для термического разложения отходов в печи 20 термолиза, определяется следующим образом. Qобщ = Qнaгp. + Qразл. + Qпoтepь,

т.е. Qобщ = 1,2 {(Ср отходов Мотх.(Т2-Т1) + qMoтx)}. Qобщ. = 1,2{(1,4 кДж/кг 200 кг (450 С-120 С)+ 600 кДж/кг 200 кг)} = 254880 кДж

где Qобщ - общее количество тепла, которое необходимо для термического разложения; Qнагр. - тепло нагревания отходов до 450°С; Qразл. - тепло, затрачиваемое на разложение отходов; Qпoтepь - тепловые потери, составляющие 20% от тепла нагревания и разложения; q - удельное тепло разложения, равное для резиновых отходов 600 кДж/кг; Мотх. - масса отходов; Т1 и Т2 - начальная и конечная температура отходов. В нашем случае начальная температура отходов принята равной 120 С, т.к. уже в камере 4 загрузки отходы прогреваются от 20°С до 120°С за счет передачи тепла от нагретой до 200С поверхности двери 22 печи 20 термолиза и передачи тепла от нагретой рубашки 14.

Так как часть тепла в печь 20 термолиза подводится через стенку печи 13 (77770 кДж/ч), часть тепла подводится через рубашку от продуктов сгорания топлива в печи 13 (40099 кДж /ч) и за 120 минут будет подведено (77770 кДж/ч + 40099,5 кДж/ч). 2 ч = 235739 кДж тепла, то с перегретым паром необходимо подвести следующее количество тепла: (254880 - 235739) кДж = 19141 кДж. Следовательно необходимое количество перегретого водяного пара Gпapa (Твхода= 700 С, а Твыхода = 450°С, Спара = 2 кДж/кг С) составит величину: Gпapa={(19141 кДж)/2кДж/кгС(700 С-45О С)}/2 ч =

19,1 кг/ч.

От парогенератора 5 через кран 16 в теплообменник 17 с расходом 19,1 кг/ч подают водяной пар, который, проходя через теплообменник, нагревается до температуры 700°С. При этом температуру перегрева пара контролируют по показаниям датчика 18 температуры. Перегретый водяной пар из теплообменника 17 с расходом 19,1 кг/ч через кран 19 подают в печь 20 термолиза. В результате подачи перегретого до 700°С пара и теплообмена со стенкой печи 13 и стенкой рубашки 14 в печи 20 термолиза температура парогазовой среды поднимается до 450°С, что контролируют по показаниям датчика 21 температуры. После достижения в печи 20 термолиза температуры 450 С открывают дверь 22 и с помощью рольганга 1 две стопки изношенных шин из камеры загрузки 4 перемещают в печь 20 термолиза. Затем дверь 22 закрывают. В печи 20 термолиза в результате теплообмена с парогазовой средой в течение 60 минут происходит нагрев изношенных шин до температуры 300°С и начинается процесс термического разложения резины, который протекает 60 минут.

В нашем случае образуются газообразные (80 кг) и твердые (120 кг) продукты разложения изношенных шин. Газообразные продукты разложения через кран 23 выводят в конденсатор 24. Одновременно с выводом газообразных продуктов через рубашку конденсатора 24 с помощью водяного насоса 25 из емкости 26 прокачивают охлаждающую воду.

В результате теплообмена с газообразными продуктами разложения изношенных шин охлаждающая вода нагревается. Нагретую воду из рубашки конденсатора 24 подают обратно в емкость 26. Затем нагретую воду из емкости 26 подают в радиатор 27 с вентилятором, где в результате теплообмена с потоком воздуха, создаваемым вентилятором, воду охлаждают до температуры 30°С и возвращают в емкость 26. Температуру охлаждения воды контролируют по показаниям датчика 28 температуры и устанавливают равной 30°С путем изменения оборотов вращения вентилятора и регулировки таким образом потока охлаждающего воздуха через радиатор 27.

В конденсаторе 24 газообразные продукты разложения изношенных шин и водяной пар охлаждают, в результате чего водяной пар и часть газообразных

продуктов разложения конденсируются с образованием воды и жидкой фракции.

Пусть в нашем случае конденсируется 90% парогазовых продуктов, т.е. 0,9 × 80 кг/ч = 72 кг/ч (процесс конденсации парогазовых продуктов протекает 2 ч). Теплота конденсации данных продуктов составляет 300 кДж/кг, а теплоемкость их в газообразном состоянии 3 кДж/кг С.

В этом случае в конденсаторе 24 в результате охлаждения и конденсации части парогазовых продуктов выделится следующее количество тепла

Q = Сп.п. Мп.п.(Твх.п.п. + Твыхп.п.) + qкoнд.п.п. M п.п.= 3 кДж/кгС.36 кг/ч (450-100)С + 300 кДж/кг . 36 кг/ч = 48600 кДж/ч, где Сп.п. - удельная теплоемкость парогазовых продуктов; Мп.п. - масса парогазовых продуктов; Твх.п.п. и Твых.п.п. - температура входа парогазовых продуктов в теплообменник и температуры выхода их из теплообменника; qкoнд.п.п. удельная теплота конденсации парогазовых продуктов.

Одновременно в конденсаторе 24 охлаждается и конденсируется водяной пар в количестве 19,1 кг/ч. При этом количество выделяющейся теплоты будет равно:

Q = Св.п.Мв.п. (Твх.п.п. + Твых.п.п.) + гв.п. Мв.п. =

2 кДж/кг 19,1 кг/ч (450 С - 100 С)+ 2500 кДж/кг . 19,1 кг/ч = 61120кДж/ч,

где Св.п. - удельная теплоемкость водяного пара, 2 кДж/кг С; Мв.п. - масса водяного пара; гв.п. - удельная теплота конденсации водяного пара, 2500 кДж/кг.

Таким образом, в конденсаторе необходимо отводить следующее количество тепла: 48600 кДж/ч+ 61120 кДж/ч = 109720 кДж/ч.

Для отвода такого количества тепла потребуется следующее количество охлаждающей воды:

Мводы = Q/{Ср. вода (Твыхода - Твхода)}=

109720 кДж/ч/{4.18 кДж/кгС (80 С-30 С) = 525 кг/ч, где Ср.воды - удельная теплоемкость воды, 4,18 кДж/кг С; Твхода, Твыхода -температура охлаждающей воды на входе в рубашку конденсатора 24 и на выходе из рубашки.

Образующуюся смесь воды и жидкой фракции в количестве 36 кг/ч +19,1 кг/ч = 55,1 кг/ч через кран 29 из конденсатора 24 выводят в сепаратор 30, где отделяют жидкую фракцию в количестве 36 кг/ч от воды. После этого жидкую фракцию из сепаратора 30 через кран 31 в количестве 36 кг/ч подают в ректификационную колонку 32, а воду в количестве 19,1 кг/ч подают в накопительную емкость 33. Из накопительной емкости 33 через фильтр 34 и кран 35 очищенную воду возвращают в парогенератор 5 для получения рабочего водяного пара.

В ректификационной колонке 32 жидкую фракцию нагревают с помощью электрического нагревателя 36, подключенного к дизельной электростанции 37. Образующиеся в результате нагрева жидкой фракции пары из колонки 32 поступают в дефлегматор 38, где частично конденсируются в результате теплообмена с охлаждающей водой, подаваемой в рубашку дефлегматора 38 через кран 39 и выводимой из рубашки через кран 40. Часть конденсата паров (флегма) через распределитель 41 стекает обратно в колонку 32, а другая часть (дистиллят) поступает в конденсатор 42, охлаждаемый водой, которая подается через кран 43. Из конденсатора 42 дистиллят с температурой кипения до 250 С в количестве 7,2 кг/ч поступает в приемник 44, из которого через кран 45 часть дистиллята в количестве 5 кг/ч подают в качестве топлива в двигатель дизельной электростанции 37.

Остаток жидкой фракции с температурой кипения выше 250°С в количестве 28,8 кг/ч через кран 46 сливают в емкость 6.

Неконденсирующиеся газообразные продукты термического разложения в количестве 8 кг/ч (теплота сгорания 22220 кДж/кг) из конденсатора 24 через кран 47 подают в горелку 9 парогенератора 5 и сжигают. При этом снижают расход топлива, подаваемого из емкости 6 в горелку 9 до (4 кг/ч - 4 кг/ч) = О кг/ч, т.е. полностью прекращают подачу жидкого топлива в горелку 9 парогенератора 5. После завершения процесса термического разложения изношенных шин (момент завершения процесса определяют с помощью датчика 48, контролирующего содержание жидких продуктов разложения в воде, поступающей в сепаратор 30) твердые продукты разложения из печи 20

термолиза выводят в камеру 49 охлаждения. Для этого открывают двери 50, и твердые продукты под действием собственного веса проваливаются из печи 20 термолиза в камеру 49 охлаждения. После этого двери 50 закрывают. Открывают двери 22 и в печь 20 термолиза подают очередную стопку изношенных шин.

После выгрузки твердых продуктов разложения шин в камеру 49 охлаждения из емкости 33 через системы 51 распыления распыляют воду. Вода охлаждает твердые продукты до 100°С. Образующиеся водяные пары поднимают давление в камере охлаждения и через клапан 52 выходят в печь 20 термолиза.

С водяным паром в печь 20 термолиза возвращается тепло охлаждения твердого остатка, что приводит к снижению расхода энергоресурсов на процесс переработки резиновых отходов.

Температуру охлаждения твердых продуктов контролируют по показаниям датчика 53 температуры.

Для охлаждения твердых продуктов от 450°С до 100°С потребуется следующее количество воды:

Мводы = {С т.п.. Мт.п. (450 С-100 С)} : {Ср. воды (100 С-30 С) + гв.п.}= {0,8 кДж/кгС 60кг/ч.350С}: {4.18 кДж/кгС . 70С + + 2500 кДж/кг} = 6 кг/ч,

где Ст.п. - удельная теплоемкость твердых продуктов, 0,8 кДж/кг С; Мт.п. -количество охлаждаемых в час твердых продуктов, кг; гв.п. - теплота испарения воды (равна теплоте конденсации пара), 2500 кДж/кг.

После охлаждения до 100 С твердые продукты выгружают из камеры 49 охлаждения в накопительный контейнер 54 . Для этого открывают шиберную заслонку 55, и твердые продукты под действием собственного веса проваливаются в контейнер 54. Шиберную заслонку 55 после выгрузки твердых продуктов закрывают.

За счет использования части резиновых отходов для энергообеспечения процесса переработки достигается эффект снижения энергоемкости, так как в сравнении с известными технологиями переработки

(измельчение, пиролиз, термодеструкция в маслах и др.) отпадает необходимость в дополнительном топливе, что в свою очередь обеспечивает снижение выбросов продуктов сгорания в окружающую среду.

Источники информации:

1. Патент Франции №2279836, кл. С 08 J 1/10, 1976.

2. Патент Российской Федерации №2076501, Кл. 6В2917/11, C 08 J 11/14, 1997.

3. Патент Латвии №12890, Кл. С10В53/02, C 08 J 11/ОО, С08Л 1/14, 2002.

4. Авторское свидетельство СССР №1783038, Кл. Е 01 Н 12/00, 1992.

1. Устройство для переработки органических отходов, содержащее парогенератор с печью и установленное перед входом в печь устройство для загрузки, отличающееся тем, что снабжен камерой загрузки, размещенной перед печью, камерой охлаждения, печью термолиза, конденсатором со средством отвода тепловой энергии и сепаратором для разделения конденсата на воду, и жидкую фракцию, вход конденсатора соединен с верхней зоной печи термолиза, выход конденсатора по жидкой фазе соединен со входом сепаратора, а выход его по газообразной фазе соединен с парогенератором, к выходу сепаратора по воде подсоединена емкость, соединенная через фильтр со входом воды парогенератора и с распылителем воды камеры охлаждения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на входе в камеру загрузки, между камерой загрузки и печью, между печью и камерой охлаждения и на выходе из камеры охлаждения расположены узлы герметизации.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что узлы герметизации на входе в камеру загрузки и между камерой загрузки и печью выполнены в виде дверей, а узлы герметизации между печью и камерой охлаждения и на выходе из камеры охлаждения выполнены в виде шиберных заслонок.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что снабжено средством ректификации жидкой фракции, которое подсоединено к выходу сепаратора по жидкой фракции и выполнено в виде ректификационной колонки, соединенной с емкостью для жидкой фазы с диапазоном температур кипения до 250°С и с емкостью для жидкой фазы с диапазоном температур кипения выше 250°С, которая соединена с горелкой парогенератора.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что снабжено дизельной электростанцией, соединенной с емкостью для жидкой фазы с диапазоном температур до 250°С, а ректификационная колонка имеет электрический нагреватель, подключенный к дизельной электростанции.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство отвода тепловой энергии выполнено в виде радиатора с вентилятором.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что снабжено шасси, на котором смонтированы все агрегаты устройства.