Способ утилизации отходов полимерных материалов

 

1, СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий термическое разложение их при 400980 с с образованием парогазовых про дуктов и твердого углеродного остатка , охлаждение их, разделение на жид кую и парообразную фазы и твердый углеродный остаток, измельчение углеродного остатка, гранулирование его со смачивающей жидкостью, сушку гранул, отличающийся тем, ЧТО, С целью снижения вредных выбросов в окружающую среду, увеличения выхода углеродных гранул и их насыпной плотности, жидкую фазу разделяют путем отстаивания на легкие углеводороды и смесь тяжелых углеводородов и воды, указанную смесь используют в качестве смачивающей жидкости для гранулирования. 2, Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что углеродные гранулы сушат при 300-450 с.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3641302/23-26 (22) 06.06.83 (46) 30.12.85. Бюл. N - 48 (71) Научно-производственное объединение "Техуглерод" (72) С.P. Иванов, О.В. Платонова, Б.Н. Оладов и Г.И. Беляков (53) 665.645 (088.8) (56) Патент Франции Р 2417543, кл. С 10 L 5/49, опублик. 19.10.79. (54)(57)l. СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ

ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий термическое разложение их прн 400980 С с образованием парогазовых про0 дуктов и твердого углеродного остатка, охлаждение их, разделение на жид„„Я0„, 1201294 А (ю 4 С 10 G 1/10 С 09 C 1/58 кую и парообразную Фазы и твердый углеродный остаток, измельчение углеродного остатка, гранулирование его со смачивающей жидкостью, сушку гранул, отличающийся тем, : что, с целью снижения вредных выбро-. сов в окружающую среду, увеличения выхода углеродных гранул и их насыпной плотности, жидкую фазу разделяют путем отстаивания на легкие угле- . водороды и смесь тяжелых углеводородов и воды, указанную смесь используют в качестве смачивающей жидкости для гранулирования.

2. Способ по и. 1, отличаю- O шийся тем, что углеродные гранулы сушат при 300-450 С.

1 12

Изобретение относится к термической переработке твердых полимерных отходов и может быть применено в нефтехимической, химической и.других отраслях промышленности для регенерации жидких углеводородов, обычно применяемых в качестве топлива или сырья для различных процессов, а также твердофазного дисперсного углеродного наполнителя из полимерных материалов и их отходов, содержащих в своем составе как углеводородные, так и неуглеводородные компоненты, способные при термическом разложении образовывать жидкие эмульгированные углеводородные и неуглеводородные фракции.

Цель изобретения — снижение вредных выбросов в окружающую среду, увеличение выхода углеродных гранул и их насыпной плотности.

Сущность протекающих в предлагаемом способе процессов сводится к следующему.

В результате термического разложения полимерных отходов, содержащих хлоропреновые и нитрильные каучуки, образуются как легкие жидкие и газообразные углеводородные продукты (топливо, масло), так и тяжелые эмульгированные водой углеводородные, сернистые, азотистые и кислородные соединения и сажесмоляная суспензия. Смесь укаэанных эмульгированных соединений и воды отделяют отстаиванием от более легких по удельному весу углеводородных продуктов. Образующийся в результате термического разложения отходов твердый углеродный остаток после стадии его охлаждения, измельчения и сепарации представляет собой дисперсный сажеподобный материал. При гранулировании этого про дукта с использованием в качестве смачивающей жидкости тяжелой смеси углеводородов, воды и сажесмоляной суспензии происходит адсорбция продуктов активной поверхности углеродных частиц. На стадии сушки углеродных гранул при 300-450 С эти продукты карбонизуются в твердую фазу„ что ведет к увеличению массы и плотности углеродных гранул.

На чертеже представлена установка для осуществления предлагаемого способа .

Устройство содержит реактор 1 для термического разложения (пиролиза) 01294 полимерных отходов, топку 2 для сжигания топлива, циклон 3 для осаждения сажи холодильник-конденсатор 4, отстойник 5 жидких продуктов, шнековый транспортер 6, механическую мельницу 7, сито 8 с магнитной. решеткой, смеситель-гранулятор 9, сушилку 10, осадительную камеру 11, барабан-охладитель 12, топку 13 сушилки.

10 Стрелками обозначены потоки: Р— полимерные отходы; à — углеводородные пиролизные газы; П вЂ” пар водяной;

С вЂ” измельченный углеродный материал; V — смесь эмульгированных тяжелых углеводородов, дисперсного углерода и воды; 0 — отходящие топочные газы и водяные пары;  — воздух для горения топлива; M — углеводородная фракция (жидкое топливо); К вЂ” кокс и

20 металлоостатки.

Пример l. В реактор подают в качестве сырья 100 кг нарезанных

I кусков изношенных покрышек, содержащих 80 мас.7 резины из синтетических каучуков и 207 капронового и вискозного корда ° Сырье в реакторе

1 подогревают. В начале в топке 2 сжигают природный газ (15 кг) и об разующиеся при этом топочные газы

30 подают в реактор. Для регулирования температуры и улучшения теплопередачи и отпарки углеводородов вводят

30 кг водяного пара. Через 2 ч сырье в реакторе подогревается до 450500 С, при этом оно разлагается на парогазовые продукты и твердый углеродный остаток. Парогазовые продукты прокачивают через циклон 3, где очищают от сажи, и холодильник 4, где о

40 охлаждают до 50 С, при этом из парогазовых продуктов конденсируется жидкая фаза, которая стекает самотеком в отстойник 5. Здесь жидкую фазу о отстаивают в течение 4 ч при 50 С, 45 при этом она разделяется за счет разности удельных весов на две фракции.

Первая углеводородная фракция (более легкая) с удельным весом меньше единицы собирается в средней части от50 стойника 5. Характеристика этой фракции представлена в табл. 1. Вторая (тяжелая) фракция, представляющая собой смесь тяжелых углеводородных соединений, воды и дисперсного угле55 рода, оседает на дно отстойника 5.

Состав этой смеси представлен в табл. 2. Легкую фракцию по окончании разделения откачивают из средней часз 120 ти отстойника 5 в количестве 44 кг и используют в качестве котельного топлива. Тяжелую смесь углеводородов и воды откачивают с нижней точки отстойника 5 в количестве 35 кг и подают в смеситель-гранулятор 9, где смешивают с измельченным углеродным остатком (сажей). Несконденсировавшиеся газы с верхней точки отстойника 5 откачивают газодувкой на сжига- !О ние в топку 2 для обогрева сырья и частично в топку 13 для обогрева сушилки. При этом расход природного газа уменьшают или полностью отключают. 15

Твердый остаток выгружают из нижней зоны реактора 1 в количестве

33 кг и направляют в механическую мельницу 7, где измельчают до пылевидного (сажеподобного) состояния, 20 затем просеивают через сито 8 и магнитный сепаратор. Измельченный углеродный остаток ссыпают в смесительгранулятор 9, сюда же подают тяжелую смесь углеводородов, дисперсного 25 углерода и воды в количестве 35 кг, перемешивают, при этом образуются . сырые гранулы, которые шнековым дозатором подают в сушилку 10. Последнюю обогревают топочными газами, подаваемыми из топки 13. Сушку гранул о проводят при 400 С. Ввделяющиеся при сушке водяные пары и отходящие газы и сухие гранулы направляют в осадительную камеру ll, где сухие гранулы оседают вниз, а отходящие газы

35 сбрасываются в атмосферу. Сухие гранулы в количестве 35,5 кг после охлаждения, в барабане 12 ссыпают как готовый продукт, предназначенный

40 для использования в качестве наполнителя резин и пластмасс. По окончании пиролиза анализируют получекные продукты и определяют их выход.

Выход углеродных гранул, их харак-4 теристика, а также состав отходящих газов представлены s табл. 3 и 4.

Пример 2. Проводят опыты по пиролизу твердых полимерных отходов аналогично примеру 1, но в качестве исходного сырья взяты отходы производства резинотехнических изделий,содержащие хлоропреновые нитрильные каучуки и отходы обрезиненного капронового и вискозного корда. В дополнительных опытах варьировали температуру сушки углеродных гранул в ин тервале 120-500 С. Проведены также

100,0

3,0

2,0

1,5

5,0

50,0

Смесь вулканизовали при 143 С в гечение 80 мин и полученный вулка низат испытывали стандартными методами (ГОСТ 270-.75) по основным прочностным характеристикам. В качестве контрольного продукта (базового объекта) использовали серийную сажу марки;ПГИ-ЗЗН, которая по основным показателям аналогична углеродному наполнителю, полученному предлагаемым способом. Результаты испытаний представлены в табл. 4. По полученным данным видно, что термическим разложением полимерных отходов по предлагаемому способу достигается повышенный выход углеродного гранулированного наполнителя, 34,6-35,5 кг (опыты 3, 4 и 5 в табл. 3) против

33,0 кг по способу-прототипу (опыты

1 в табл. 3). Кроме того, гранулированный продукт имеет более высокую насыпную плотность, 388-390 кг/м против 360 кг/м (те же опыты талб.З) °

Отходящие газы процесса сушки содержат значительно меньшее количество вредных для окружающей среды приме3. сеи, а именно, мг/м : двуокись серы 5,8-6,4 (против 78,0), хлористый водород 6,5-6,8 (против 35,0) (те же опыты в табл. 3). Указанные результаты достигнуты за счет использования смеси эмульгированных тяжелых углеводородов и воды, загрязненной продуктами реакции (табл. 2) и являющейся отходом процесса термического разложения твердых полимерных отхо,дов. Применение этих отходов для целей гранулирования предотвращает сброс их в природные водоемы. Уплотнение гранул углеродного наполнителя в предлагаемом способе обеспечи1294 4 контрольные опыты по способу-прото-, типу. Результаты опытов представлены в табл. 1, 2 и 3.

Полученный предлагаемым способом гранулированный углеродный продукт (наполнитель) анализировали стандартными методами (ГОСТ 7885-77) и испытывали в качестве наполнителя в стандартной резиновой смеси следующего состава, мас.ч.:

Каучук СКИС вЂ” 30APK

Альтакс

Сера

Стеарин

Окись цинка

Наполнитель

Таблица ) Состав полимерных отходов, условия их пиролиза, условия разделения жидкой фазы и характеристика полученных легких углеводородных фракций (жидкое топливо) Опыт" о и состав, С

Темпе- дель ратура ный отстаи вес

Время отстаи вания жидкой фазы, ч

ТемпераВид полимерных отходов

% 50% тура

Конец кипения вания, легко

С фракпиролиза, ии, /см

1 Изношенные покрышки из синтетических каучуков (бутадиенстирольный, бутилкаучук, иэопреновый и др.), корд текстильный и металлический

500 4

50 0,963 165 2)8 310

430

2 Резиновые отходы мз хлоропреновых и нитрильных каучуков

50 О, 980 180 230 340

500 4

450

3 Отходы капронового и вискозного обрезиненного .корда 500

О, 976 190 235 328

440

S 1201294 вается за счет более высокой темпера- Предлагаемый способ термической туры их обработки на стадии. сушки, переработки полимерных отходов поэ300-450 С против 120 С (табл. 3). воляет уменьшить загрязнение окружаПолученные из полимерных отходов .жид- ющей среды отходящими газами процеские углеводородные фракции (табл. 1) 5 са тремической переработки отходов; по свойствам близки z соответствующим предотвратить сброс загрязненных нефтяным фракциям, используемым в жидких стоков в природные водоемы; качестве топлива, а гранулированный повысить выход и насыпную плотность углеродный наполнитель равнозначен гранулированного углеродного продукпо усиливающим свойствам в резине )0 та, а также расширить ассортимент серийному наполнителю — саже марки связующих материалов, применяемых

ПГМ-33Н (табл, 4). для гранулирования дисперсных углеродных материалов.

1201294

Продолжение табл.1

Элементный состав, мас.%

Опыт

Вид полимерных отходов

Углерод

Кислород и азот в сумме

Водород Сера

10,5 0,8 2,7

86,0

2 Резиновые отходы

:из хлоропреновых и нитрильных каучуков

10,2 0,6 3,0

86,2

3 Отходы капронового и вискозного обрезиненного корда

100 05 25

Таблица2

Состав исходного сырья (полимерных отходов и характеристика получаемой тяжелой смеси углеводородных соединений и воды

Сырье — полимерные отходы

Опыт

Содержание растворенных в воде тяжелых углеводородных

Время отстаи

Темпера тура от стаива-. ния, С ий мг/л вания жидкой фазы, ч

430

13600

Изношенные покрышки

Резиновые отходы из хлоропреновых и нитрильных каучуков

410

8100

Отходы обрезиненного капронового и вискозного корда

15200

180

1 Изношенные покрышки из синтетических каучуков бутадиенстирольный, бутилкаучук, изопреновый и др. корд текстильный и металлический и других соединен

Тяжелые углеводороды с удельным весом около единицы

Серосодержащие углеводородные соединения

1201294

Продолжение табл. 2

ырье — полимерные одержание растворенных в воде тяжелых углеводородных и других соединений, мг/л отходы

470

365

71450

1,0

1 Изношенные покрышки

2 Резиновые отходы из хлоропреновых и нитриль1щх каучуков

210

860

8200

1,0

3 Отходы обрезиненного капронового и вискозного корда

37000

1,0

580

Т а б л и ц а 3

Условия сушки гранул, их выход,.плотность н состав отходящих газов процесса сушки

Опыт Исходное сырье— полимерные отходы

Температура сушки, С

Насыпная плотность гранул, кг/м

Изношенные покрышки по способу-прототипу

120

33,0 360

Изношенные покрышки по предлагаемому способу

280

33,8 370

34,6 388

То же

300

450

35,5 390

500

35,5 390

Резиновые отходы из хлоропреновых и нитрильных каучуков

400

40,5 395

Отходы обрезиненного капронового и вискозного корда 400

21, 2 385

Хлорсодержащие углеводо роды

Нитро- и карбоносодер.— жащие углеводороды

Дисперсный твердофазный углерод (сажа) Выход сухих гранул, кг на

100 кг сырья дельный вес смеси, г/см

1201294

Продолжение табл. 3

Состав отходящих газов

Опыт Исходное сырье— полимерные отходы

Приме си, мг/м рис- У водо д

Двуок серы

1 Изношенные покрышки по способу-прототипу

56эО 13эО 33эО 5410

78,0

35 0

2 Изношенные покрышки по предлагаемому способу

8,4

6,4

То же

5,8

5 7

5,6

5,7

6,4

9,8

15,0 16,0 30,0 54,0

)2,5

7 Отходы обрезиненного капронового и вискозного корда

18,5 15 0 31,0: 54,0

7,8

Таблицai4

Физико-химические свойства углеродных гранул и прочностные показатели наполненного вулканизата стандартного состава

Вид углеродного наполнителя

Удельная верхност

Содержание углерода,мас.Ж

Геометрическая, м /r т

Углеродные гранулы по . предлагаемому способу

78

38

96

Серийная сажа ПГ1 -33H

5, 6

Резиновые отходы из хлоропреновых и нитрильных каучуков

31 у 1 15у0 31 у0 54р0

24,1 16,0 30,0 54,0

Физико-химические свойства гранулированного продукта

Абсорбция- дибутил4тапат мп/100

1201294

Продолжение табл.4

Вид углеродного напол нителя

Прочностные показатели вулканизата

Относительное

Условное одерание нераль ьм веудлинение,7 еств, ас. 7. удлинения кгс/см

154

660

590

53

152

Составитель Н, Стрижова

Техред д,цойко Корректор В.Вутяга

Редактор М, Петрова

Заказ 7924/22 Тираж 545 Подписное

BHHH1IH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал ППИ "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Углеродные гранулы по предлагаемому способу 12,0

Серийная сажа ПГИ-33Н 0>4 напряжение при

300 Ж

Предел прочности при разрыве, кгс/см

Сопротивление раздиру, кгс/см