Установка для переработки политетрафторэтилена

 

Использование: переработка политетрафторэтилена (ПТФЭ), в частности его отходов, с целью получения тонкодисперсного ПТФЭ и др. продуктов. Сущность изобретения: установка содержит реактор, печь, шнековый питатель, холодильники, вентилятор. Цель достигается за счет установки в реакторе с зазором от его стенок цилиндрической вставки с перфорированным дном. Верхняя кромка бортика вставки находится на уровне или ниже отверстий в реакторе для выхода продуктов деструкции. Нагрев расплава в реакторе до 490-510°С приводит к термодеструкции полимера. Наличие зазора между вставкой и стенкой реактора позволяет продуктам термодеструкции свободно продуваться вентилятором через жидкую реакционную фазу. Это увеличивает обьем газового потока. При этом выход тонкодисперсного ПТФЭ достигает 75%, обеспечивается возможность переработки загрязненного органическими примесями полимера, достигается экологическая безопасность процесса. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области переработки фторорганических полимеров, конкретно политетрафторэтилена (ПТФЭ) или фторопласта-4, и может быть использовано для утилизации отходов данного полимера с цель получения тонкодисперсного ПТФЭ и других продуктов.

Известна установка для пиролитического разложения отходов ПТФЭ в токе сухого азота при температуре до 500^оС, содержащая реактор, выполненный в виде кварцевой трубки с патрубками для подвода и отвода газов, снабженный нагревателем [1] Недостатком установки является практически полное разложение ПТФЭ до газообразных мономеров и соответственно очень низкий выход тонкодисперсного ПТФЭ.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предложенному решению является установка для переработки политетрафторэтилена, содержащая реактор с вертикальной входной частью, крышкой и входными и выходными трубопроводами подвода и отвода газов и печь [2] В результате термодеструкции фторопласта при температуре выше 450^оС в данной установке получают до 85% тетрафторэтилена (ТФЭ) около 10% гексафторпропилена (ГФП) и около 5% порошкообразного ПТФЭ. Недостатком установки является низкий выход тонкодисперсного порошка ПТФЭ и необходимость периодической перегрузки реактора.

Невозможность повышения выхода тонкодисперсного ПТФЭ, являющегося наиболее предпочтительным продуктом термодеструкции, в известной установке связана с недостаточностью газового потока, выносящего недоразложившиеся полимерные молекулы из жидкой реакционной массы.

Изобретение направлено на создание установки для переработки политетрафторэтилена, в которой бы обеспечивалось увеличение мощности газового потока, выносящего из зоны реакции неполностью разложившиеся полимерные молекулы, и соответственно увеличение выхода тонкодисперсного ПТФЭ.

Поставленная задача решается тем, что установка для переработки политетрафторэтилена термодеструкцией, содержащая реактор с вертикальной входной частью, крышкой, входными и выходными трубопроводами подвода и отвода газов в печь, согласно изобретению, имеет трубчатую печь предварительного нагрева полимера, установленную на вертикальной входной части реактора, шнековый питатель для непрерывной подачи ПТФЭ в реактор, расположенный на входе в него, два холодильника, один из которых установлен на вертикальной входной части реактора ниже печи предварительного нагрева в зоне введения ПТФЭ в реактор, а другой на крышке реактора, центробежный вентилятор для обеспечения циркуляции газового потока в установке, размещенный на крышке соосно реактору, вихревые ловушки для сброса тонкодисперсного ПТФЭ, соединенные в реактором входными и выходными трубопроводами, цилиндрическую вставку с перфорированным дном, установленную с зазором от его стенок и соединенную с реактором по окружности входной части реакционной зоны, при этом верхняя кромка бортика вставки расположена на уровне или ниже отверстий в реакторе для выхода продуктов термодеструкции. Зазор между вставкой и внутренней поверхностью стенки реактора позволяет газообразным продуктам термодеструкции свободно продуваться с помощью центробежного вентилятора через жидкую реакционную фазу, существенно увеличивая объем газового потока, выносящего неполностью разложившиеся молекулы ПТФЭ и, как следствие, выход тонкодисперсного ПТФЭ.

В частном случае изготовления установки, предназначенной для переработки фторопласта, загрязненного органическими примесями, на входной вертикальной части реактора между шнековой камерой и холодильником выполнено проходное отверстие с установленными в нем входным и выходными патрубками продува воздухом продуктов разложения органических примесей при нагревании полимера до температуры выше 30^оС.

На фиг.1 изображена принципиальная схема установки; на фиг.2 то же, вид сверху.

Установка для переработки политетрафторэтилена, в частности его отходов, содержит реактор 1, помещенный в печь 2. На входной вертикальной части реактора 1 расположена трубчатая печь 3 предварительного нагрева полимера. Реактор 1 имеет цилиндрическую вставку 4 с перфорированным дном. На входе реактора 1 установлен шнековый питатель 5. Установка снабжена также холодильником 6, установленным на входной части реактора 1 ниже трубчатой печи 3 предварительного нагрева, и холодильником 7, расположенным на крышке 8 реактора 1. Центробежный вентилятор 9, установленный на крышке 8 соосно реактору 1, предназначен для отвода порошкообразных и газообразных продуктов частичной деструкции ПТФЭ из зоны реакции по трубопроводам 10, 11 в вихревые ловушки 12, 13 для осаждения в них сконденсировавшегося тонкодисперсного порошка ПТФЭ и возвращения охлажденных газообразных продуктов термодеструкции обратно в реактор 1 по трубопроводам 14, 15. Часть газообразных продуктов термодеструкции подается вентилятором 9 в зазор между вставкой 4 и стенками реактора 1 и продавливается через перфорированное дно в расплав полимера, увлекая при этом тяжелые молекулы ПТФЭ в газовую охлажденную фазу, предотвращая их полное разложение в расплаве полимера. Уровень расплава полимера в реакторе 1 контролируется датчиком 16, а температура расплава термопарой 17. Для вывода избытка газообразных продуктов предназначен патрубок 18, связанный трубопроводом 19 с блоком утилизации 20. Для загрузки предварительно измельченного ПТФЭ в реактор 1 используют бункер 21, откуда материал по наклонной трубе 22 под собственным весом засыпается в камеру 23 шнекового питателя 5 и далее шнековым питателем 5 подается в реактор 1. Между камерой 23 и холодильником 6 на входной части реактора 1 выполнено сквозное отверстие с входным 24 и выходным 25 патрубками, через которые потоком воздуха осуществляется сдув продуктов термообработки органических примесей в печи 2 предварительного нагрева через трубопровод 26 в блок утилизации 20 в случае переработки загрязненных органическими примесями отходов фторопласта. Верхняя кромка бортика цилиндрической вставки размещена на уровне или ниже отверстий в реакторе 1 для выхода продуктов термодеструкции.

В данной установке можно получать модифицированный тонкодисперсный ПТФЭ. С этой целью установка снабжена патрубком 27 для подачи реакционных газов из дополнительно подключаемых к реактору баллонов (на чертеже не показано).

Установка работает следующим образом. Перед началом работы установку через трубопровод 19 продувают сухим азотом или тетрафторэтиленом, полученным на предыдущих циклах работы, с целью удаления влаги для избежания образования при термообработке взрывоопасных фторперекисей. Затем подают воду в холодильники 6, 7 и включают нагрев печей 2, 3, контролируя температуру в реакторе 1 с помощью термопары 17. После нагрева печей до 450^оС включают подачу измельченного ПТФЭ шнековым питателем 5 из бункера 21. Из камеры 23 измельченный ПТФЭ поступает во входную часть реактора 1 сначала через зону, охлаждаемую холодильником 6, а затем через зону, нагреваемую трубчатой печью 3 предварительного нагрева, в результате чего полимер начинает плавиться.

Подача материала в реактор 1 снизу с прохождением его сначала через охлаждаемую зону, а затем через зону предварительного нагрева позволяет изолировать реакционную зону от атмосферы за счет образования динамической пробы застывающего расплава, стекающего из зоны плавления. Трубчатая печь 3 предварительного нагрева полимера до состояния плавления позволяет вести термодеструкцию с меньшим градиентом температур. В случае переработки фторопласта, загрязненного органическими примесями, при нагреве отходов до начала плавления (342^оС) все органические примеси переходят в газовую фазу и удаляются через патрубок 25 потоком воздуха, подаваемым через патрубок 24 в блок утилизации 20. Холодильник 6, установленный под печью 3, предотвращает нагрев камеры 23 и способствует образованию герметичной пробки застывшего полимера. После заполнения расплавом реактора 1 до необходимого уровня, контролируемого датчиком 16, подачу прекращают и увеличивают нагрев печи 2 до температуры термодеструкции (490-510^оС), одновременно включая центробежный вентилятор 9. В результате термодеструкции молекул полимера происходит вынос мономерами тяжелых молекул в газовую фазу, их охлаждение в зоне холодильника 7 и конденсация, после чего потоком холодного газа, создаваемым вентилятором 9, вращающимся в реакторе 1 над поверхностью расплава полимера, продукты термодеструкции по трубопроводам 10, 11 перемещаются в вихревые ловушки 12, 13, где осаждается и накапливается тонкодисперсный политетрафторэтилен, а охлажденные газообразные продукты термодеструкции вновь поступают по трубопроводам 14, 15 в реактор 1 и за счет высокой молекулярной массы таких газов, как тетрафторэтилен, гексафторпропилен, а также низкой температуры предотвращают дальнейшую термодеструкцию вынесенных в газовую фазу полимерных молекул ПТФЭ. Одновременно вентилятором 9 часть потока мономеров подается в зазор между цилиндрической вставкой 4 и стенкой реактора 1 и продавливается через перфорации в дно вставки 4 сквозь расплав ПТФЭ, создавая более мощный поток мономеров, увлекающий не успевшие разложиться до мономеров низкомолекулярные продукты термодеструкции в газовую фазу, где они за счет интенсивного охлаждения в газовой фазе конденсируются в виде рыхлых частиц сферолитной структуры размером около 1 мкм. При этом значительно увеличивается выход тонкодисперсного порошка ПТФЭ. Избыток газообразных продуктов термодеструкции через патрубок 18 по трубопроводу 19 поступает в блок утилизации 20, где перерабатывается в различные фторсодержащие продукты известными методами с использованием обычно применяемого для этих целей оборудования.

Таким образом, изобретение обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в более эффективном выносе из зоны реакции неполностью разложившихся молекулярных продуктов термодеструкции за счет создания более мощного выносящего газового потока.

Предлагаемая установка для переработки ПТФЭ, в частности его отходов, в том числе сильно загрязненных органическими примесями, позволяет получать до 75% тонкодисперсного политетрафторэтилена, являющегося ценным продуктом благодаря своим полезным свойствам. Тонкодисперсный ПТФЭ является эффективной добавкой к маслам, антифрикционным композитам и т.д. Кроме указанного материала, при утилизации газообразных продуктов термодеструкции могут быть получены тетрафторэтилен и гексафторпропилен с целью их последующего использования в синтезе полимеров и фреонов или для переработки в плавиковую кислоту и бифторид натрия (NaF˙HF).

В соответствии с изобретением была изготовлена полупромышленная установка для переработки отходов фторопласта-4, имеющая следующие характеристики: производительность 4 кг/ч, выход целевого продукта 75% потребляемая мощность 30 кВт/ч.

Режим эксплуатации непрерывный с профилактическими чистками и разгрузкой ловушек один раз в неделю.

Таким образом, заявляемая установка для переработки политетрафторэтилена позволяет в 1,5 раза увеличить выход тонкодисперсного ПТФЭ, а также обеспечивает возможность переработки сильно загрязненных отходов фторопласта, существенно снижая затраты на их отмывку от органических примесей. Кроме того, изобретение обеспечивает экологическую безопасность процесса переработки.

Формула изобретения

1. УСТАНОВКА ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА, содержащая реактор с вертикальной входной частью, крышкой и входными и выходными трубопроводами подвода и отвода газов и печь, отличающаяся тем, что она снабжена трубчатой печью предварительного нагрева, установленной на вертикальной входной части реактора, шнековым питателем для непрерывной подачи политетрафторэтилена в реактор, расположенным на входе в него, двумя холодильниками, один из которых установлен на вертикальной входной части реактора ниже печи предварительного нагрева в зоне введения политетрафторэтилена в реактор, с другой на крышке реактора, центробежным вентилятором, размещенным на крышке соосно с реактором, вихревыми ловушками для сбора тонкодисперсного порошка, соединенными с реактором входными и выходными трубопроводами, цилиндрической вставкой с перфорированным дном, установленной в реакторе с зазором от его стенок и соединенной с реактором по окружности входной части реакционной зоны, при этом верхняя кромка буртика цилиндрической вставки расположена на уровне или ниже отверстий в реакторе для выхода продуктов термодеструкции.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на входной вертикальной части реактора между камерой шнекового питателя и холодильником выполнено проходное отверстие с установленными в нем входным и выходным патрубком для продува продуктов термообработки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2