Устройство для переработки резиновых отходов

Изобретение относится к технологии переработки промышленных и бытовых отходов и может быть применено в резино-технической промышленности, топливно-энергетическом комплексе, нефтехимии, промышленности нефтеоргсинтеза и в жилищно-коммунальном хозяйстве для получения топливных и сырьевых ресурсов. Устройство для переработки резиновых отходов содержит камеру загрузки, топку, снабженную сводом и дымовой трубой, размещенную над топкой реторту, дисперсную засыпку из огнеупорного материала, образующую газоход их топки в дымовую трубу, паропровод, камеру охлаждения и теплообменник. Теплообменник выполнен в виде двух соединенных последовательно секций. Выход последней секции подключен к топке. Дисперсная засыпка размещена между сводом топки и ретортой. В верхней части реторты установлен вентилятор. Топка и дисперсная засыпка дополнительно оборудованы пароперегревателем. Устройство повышает эффективность процесса переработки резиновых отходов и позволяет уменьшить количество вредных выбросов в окружающую среду. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к технологии переработки промышленных и бытовых отходов и может быть применено в резино-технической промышленности, топливно-энергетическом комплексе, нефтехимии, промышленности нефтеоргсинтеза, а также в жилищно-коммунальном хозяйстве для получения топливных и сырьевых ресурсов.

Известно устройство для пиролиза изношенных шин, содержащее вращающуюся печь с наружным обогревом, холодильник для охлаждения и конденсации газообразных продуктов пиролиза шин, сепаратор для разделения конденсата, скруббер для щелочной промывки неконденсирующихся газов пиролиза, сборник смолы, газгольдер для накопления газов пиролиза (1).

Недостатками данного устройства являются высокие энергозатраты на переработку отходов, необходимость щелочной промывки газов перед их подачей на сжигание, высокая материалоемкость оборудования.

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 (2).

Недостатками данного устройства являются 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 (3), на котором реализуют способ переработки резиновых отходов, включающее реактор со шлюзовой камерой и решеткой, парогенератор с пароперегревателем, подключенным к реактору, холодильник, соединенный с реактором, дробилку, соединенную с выходом твердых продуктов из ректора, охладитель твердых продуктов, подключенный к дробилке сепаратор для отделения металла от углеродистого остатка, пресс для брикетирования углеродистого остатка.

К недостаткам данного устройства относятся большой расход водяного пара и обусловленные этим высокие энергозатраты, высокая материалоемкость, связанная с наличием специального оборудования для перегрева пара до температуры 1600° С.

Наиболее близко к заявляемому изобретению относится устройство для переработки резиновых отходов согласно патенту (4), которое и выбрано в качестве прототипа.

Устройство содержит камеру загрузки, 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 50-250 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.

Существенным недостатком известного технического решения является образование загрязненного продуктами разложения резины конденсата, для очистки которого требуются специальные аппараты, в частности сепаратор и фильтр.

Недостатком устройства также является необходимость применения конденсатора, для работы которого требуется большой расход охлаждающей воды и использование специальной системы охлаждения (градирня, теплообменники).

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

Целью изобретения является снижение энергоемкости устройства и уменьшение количества вредных выбросов в окружающую среду.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для переработки резиновых отходов, содержащее камеру загрузки, топку, снабженную сводом и дымовой трубой, размещенную над топкой реторту, дисперсную засыпку из огнеупорного материала, образующую газоход из топки в дымовую трубу, паропровод, камеру охлаждения и теплообменник, согласно изобретению теплообменник выполнен в виде двух соединенных последовательно секций и выход последней секции подключен к топке, причем дисперсная засыпка размещена между сводом топки и ретортой, а в верхней части последней установлен вентилятор, при этом топка и дисперсная засыпка дополнительно оборудованы пароперегревателями.

Пароперегреватель, размещенный в топке, выполнен в форме змеевика из труб из жаропрочной стали и своим входом соединен с паропроводом, а выход его подключен к реторте.

Пароперегреватель, установленный в дисперсной засыпке, выполнен в форме плоского змеевика из труб из жаропрочной стали и своим входом подключен к паропроводу, а выход его соединен с ретортой.

На чертеже приведен общий вид устройства. Устройство содержит бункер 1, тележку 2, шлюзовой затвор 3, толкатель 4, камеру загрузки 5, шлюзовой затвор 6, толкатель 7, реторту 8, тележку 9, топку 10, дымосос 11, дисперсную засыпку 12, дымовую трубу 13, паропровод 46, краны 14 и 15, 17, пароперегреватели 16 и 18, датчик температуры 19, газоанализатор 20, баротермометр 21, вентилятор 22, расходомер 23, первую секцию 24 теплообменника, датчик температуры 25, емкость для жидких продуктов 26, вторую секцию 27 теплообменника, датчик температуры 28, кран 29, емкость для жидких продуктов 30, шлюзовой затвор 31, толкатель 32, камеру охлаждения 33, тележку 34, емкость для воды 35, насос 36, форсунки 37, датчик температуры 38, шлюзовой затвор 39, толкатель 40, бункер 41, сепаратор 42, емкость для металла 43, емкость для углеродистого остатка 44, подъемный кран 45.

Устройство работает следующим образом. Из бункера 1 в тележку 2 загружают резиновые отходы, открывают шлюзовой затвор 3 и с помощью толкателя 4 в камеру загрузки 5 заталкивают тележку 2, после чего затвор 3 закрывают и открывают затвор 6. Затем толкателем 7 в реторту 8 заталкивают тележку 2 и закрывают затвор 6, а к бункеру 1 подают тележку 9, которую загружают отходами, открывают затвор 3 и толкателем 4 в камеру загрузки 5 заталкивают тележку 9, после чего затвор 3 закрывают. Одновременно в топку 10 подают топливо, например дрова. Дрова в топке 10 поджигают и с помощью дымососа 11 продукты сгорания из топки 10 через дисперсную засыпку 12 выводят в дымовую трубу 13. В результате фильтрации продуктов сгорания дисперсная засыпка нагревается и аккумулирует тепло.

С помощью кранов 14 и 15 по паропроводу 46 в пароперегреватель 16 подают насыщенный водяной пар, где он перегревается до температуры, равной температуре дисперсной засыпки 12. Пароперегреватель 16 изготовлен из стальных жаропрочных труб в виде плоского змеевика, что обеспечивает долговечность и надежность работы последнего.

Тепло в реторту 8 подводится с потоком перегретого водяного пара и через стенки, контактирующие с дисперсной засыпкой 12 и продуктами сгорания топлива. Поэтому в реторту 8 необходимо подавать пар с температурой не ниже, чем температура дисперсной засыпки 12. В противном случае происходит снижение температуры среды в реторте 8 и падает интенсивности процесса термического разложения резиновых отходов.

С помощью крана 17 по паропроводу 46 в пароперегреватель 18, размещенный в топке 10, подают насыщенный водяной пар, который перегревается до заданной температуры.

За температурой перегрева пара наблюдают по показаниям датчика температуры 19. Поскольку при сжигании топлива температура в топке 10 достигает 1000° С, то пар в пароперегревателе 18 может быть нагрет до температуры около 1000° С. Размещение пароперегревателя 18 непосредственно в топке 10 позволяет нагревать пар до высокой температуры и эффективно передавать тепло из топки 10 в реторту 8 с потоком пара.

Размещение пароперегревателя 16 в дисперсной засыпке позволяет получать перегретый пар с температурой ниже температуры в топке 10 и эффективно передавать тепло от нагретой дисперсной засыпки 12 и продуктов сгорания в реторту 8. При этом разделение пара на два потока обеспечивает возможность, манипулируя кранами 15 и 17 (смешивая оба потока с разной температурой), регулировать температуру в реторте 8 для обеспечения оптимальных условий протекания термического разложения резиновых отходов. В то же время дисперсная засыпка 12 играет роль термостата и обеспечивает поддержание температуры на минимальном уровне, необходимом для начала процесса термического разложения. Резиновые отходы нагреваются до температуры 400-500° С, в результате чего протекает процесс термического разложения с образованием твердого остатка и газообразных продуктов. За количеством образующихся газообразных продуктов в реторте 8 наблюдают по показаниям газоанализатора 20, а температуру нагрева отходов контролируют с помощью баротермометра 21.

При снижении температуры в реторте 8 ниже 400° С увеличивают подачу дров в топку 10, а при росте температуры выше 500° С уменьшают подачу дров в топку 10, а с помощью дымососа 13 снижают количество выводимых в дымовую трубу 13 продуктов сгорания, увеличивают подачу пара через пароперегреватель 16 и снижают подачу пара в реторту 8 через пароперегреватель 18.

Для обеспечения эффективного процесса передачи тепла от стенок реторты 8 к резиновым отходам с помощью вентилятора 22 создают циркуляцию парогазовой смеси по контуру: нагретая стенка - отходы - вентилятор - нагретая стенка. Регулируя число оборотов вентилятора 22, устанавливают такой режим теплообмена, при котором отходы разлагаются за заданное время, определяемое производительностью устройства, например 1000 кг/ час.

Газообразные продукты разложения резиновых отходов в смеси с водяным паром через расходомер 23 выводят в секции 24 и 27 теплообменника, где в результате теплообмена с проточной водой их охлаждают и частично конденсируют. При этом в зависимости от заданных условий (например, при необходимости выделить фракцию с температурой кипения не ниже 200° С) обеспечивают расход охлаждающей воды через первую секцию 24 теплообменника, при котором выходящая парогазовая смесь будет иметь температуру 200° С, что контролируют по показаниям датчика температуры 25.

Конденсированные продукты из первой секции 24 и второй секции 27 теплообменника сливают в емкость 26. Из первой секции 24 теплообменника несконденсированную парогазовую смесь выводят во вторую секцию 27 теплообменника, где в результате теплообмена с проточной водой устанавливают температуру смеси 100° С и выше. Температуру 100° С и выше устанавливают (регулируют расход охлаждающей воды) и контролируют температуру по показаниям датчика температуры 28 для того, чтобы предотвратить конденсацию водяного пара.

В случае протекания нежелательной конденсации водяного пара образуется конденсат, загрязненный продуктами разложения резиновых отходов, и выделяется большое (до 2300 кДж на 1кг сконденсированного пара) количество тепла, что требует дополнительного расхода охлаждающей воды и создания специальной системы охлаждения.

Из второй секции 27 теплообменника парогазовую смесь при температуре 100° С и выше через кран 29 выводят в топку 10 и сжигают. Таким образом, предотвращается сброс загрязненного конденсата в окружающую среду, а теплота сгорания низкокипящих продуктов разложения отходов используется для энергообеспечения процесса. При этом снижается расход топлива (в нашем случае - дров).

Конденсированные продукты из секций 24 и 27 теплообменника сливают в емкость 30. После завершения процесса разложения отходов (после прекращения выхода газообразных продуктов, что наблюдают по показаниям газоанализатора 20) открывают затвор 31 и с помощью толкателя 32 тележку с твердым остатком перемещают в камеру охлаждения 33, после чего затвор 31 закрывают. Далее открывают затвор 6 и с помощью толкателя 4 тележку 9 перемещают в реторту 8, затвор 6 закрывают, а к бункеру 1 подают тележку 34, которую загружают отходами, открывают затвор 3 и в камеру 5 подают тележку 34, после чего затвор 3 закрывают.

После перемещения тележки 2 в камеру охлаждения 33 из емкости с водой 35 с помощью насоса 36 в форсунки 37 подают воду и распыляют ее в камере охлаждения. За температурой остатка наблюдают по показаниям термометра 38 и при установлении температуры Т=150-170° С (такой уровень температуры позволяет без возгорания вывести тележку 2 с остатком из камеры охлаждения) прекращают орошение остатка, открывают затвор 39 и с помощью толкателя 40 тележку 2 выталкивают из камеры охлаждения и подают на разгрузку. Для разгрузки тележки 2 открывают люки в ее днище и остаток под действием собственного веса просыпается в бункер выгрузки 41 и далее в сепаратор 42, где металл отделяют от углеродистой составляющей и выгружают в емкость 43, а углеродистую составляющую выгружают в емкость 44. После разгрузки тележку 2 с помощью подъемного крана 45 перемещают к бункеру 1 и цикл повторяют.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Из бункера 1 в тележку 2 загружают 350 кг резиновых отходов (изношенные шины), открывают шлюзовой затвор 3 и с помощью толкателя 4 в камеру загрузки 5 заталкивают тележку 2, после чего затвор 3 закрывают и открывают затвор 6. Затем толкателем 7 в реторту 8 заталкивают тележку 2 и закрывают затвор 6, а к бункеру 1 подают тележку 9, которую загружают отходами, открывают затвор 3 и толкателем 4 в камеру загрузки 5 закатывают тележку 9, после чего затвор 3 закрывают. В топку 10 загружают 280 кг твердого топлива, например дрова с влажностью не более 20%, зольностью 2% и теплотой сгорания 14 МДж/кг. Дрова зажигают с помощью факела и посредством дымососа 11 газообразные продукты сгорания из топки 10 через дисперсную засыпку 12 выводят в дымовую трубу 13. Для полного сгорания дров в топку 10 подают воздух в количестве 4,5 м³ на 1 кг дров, т.е. 1575 м³. Подачу воздуха регулируют с помощью калиброванных по расходу продуктов сгорания шиберных заслонок дымососа и устанавливают заданный расход 787,5 м /ч, т.к. полное время процесса нагревания и термического разложения отходов составляет 2 ч, то дрова (280 кг) необходимо сжечь в топке 10 за 2 часа. При сгорании дров образуется 5,3 м³/кг продуктов сгорания, что в итоге составит 1484 м³. Следовательно, с помощью дымососа 11 из топки 10 необходимо выводить продукты сгорания с расходом 742 м³/ч, т.к. время процесса сжигания дров составляет 2 ч. Тепло, выделяющееся при сжигании дров в топке 10, расходуется на нагрев реторты, дисперсной засыпки, перегрев водяного пара, нагрев и термическое разложение резиновых отходов, а также на тепловые потери. На нагрев элементов устройства расходуется 157 кг дров. На перегрев 350 кг пара (Т=500° С) 25 кг. Для обеспечения нагрева до 500° С и термического разложения 350 кг резиновых отходов требуется сжечь в топке 42 кг дров. Таким образом, полный расход дров на энергообеспечение процесса (с учетом 25% тепловых потерь)составит:

(157 кг+42 кг+25 кг)× 1,25=280 кг

С помощью кранов 14 и 15 в пароперегреватель 16 подают насыщенный водяной пар, где он перегревается до температуры, равной температуре дисперсной засыпки. Пароперегреватель 16 изготовлен из жаропрочный стали в виде плоского змеевика из труб соответствующего сечения.

Тепло в реторту 8 подводится с потоком перегретого водяного пара и через стенки, контактирующие с дисперсной засыпкой и продуктами сгорания топлива. Поэтому в реторту 8 необходимо подавать пар с температурой не ниже, чем температура дисперсной засыпки 12. В противном случае будет наблюдаться падение интенсивности процесса термического разложения резиновых отходов.

С помощью крана 17 паропровода 46 в пароперегреватель 18, размещенный в топке 10, подают насыщенный водяной пар, который перегревается до температуры 700° С. За температурой перегрева пара наблюдают по показаниям датчика температуры 19 и краном 17 регулируют расход пара таким образом, чтобы температура пара составляла 700° С.

Размещение пароперегревателя 16 в дисперсной засыпке 12 позволяет получать перегретый пар с температурой 400° С и эффективно передавать тепло от нагретой дисперсной засыпки 12 и продуктов сгорания в реторту 8. При этом разделение потока пара на два потока обеспечивает возможность посредством кранов 15 и 17 (смешивая оба потока с температурой 400° С и 700° С) регулировать температуру в реторте 8 для обеспечения температуры 500° С.

Резиновые отходы нагреваются до температуры 500° С, в результате чего протекает процесс термического разложения с образованием твердого остатка и газообразных продуктов. За количеством образующихся газообразных продуктов в реторте 8 наблюдают по показаниям газоанализатора 20, а температуру нагрева отходов контролируют с помощью баротермометра 21.

При снижении температуры в реторте ниже 500° С с помощь дымососа 11 увеличивают количество выводимых в дымовую трубу 13 продуктов сгорания, снижают подачу пара через пароперегреватель 16 и увеличивают подачу пара через пароперегреватель 18.

При росте температуры выше 500° С с помощью дымососа 13 снижают количество выводимых в дымовую трубу 13 продуктов сгорания, увеличивают подачу пара через пароперегреватель 16 и снижают подачу пара в реторту 8 через пароперегреватель 18. При этом контролируют температуру в реторте 8 по показаниям баротермометра 21.

Для обеспечения эффективного процесса передачи тепла от стенок реторты к резиновым отходам с помощью вентилятора 22 создают циркуляцию парогазовой смеси по контуру: нагретая стенка - резиновые отходы - вентилятор - нагретая стенка. Регулируя число оборотов вентилятора, устанавливают такой режим теплообмена, при котором отходы разлагаются за 2 ч.

Для этого контролируют выделение газообразных продуктов по показаниям газоанализатора 20, который показывает концентрацию газообразных продуктов разложения отходов в парогазовой смеси. С помощью расходомера 23 определяют расход парогазовой смеси и по показаниям газоанализатора 21 и расходомера 23 находят путем вычислений скорость выхода газообразных продуктов. По скорости выхода газообразных продуктов рассчитывают полученное время выхода газообразных продуктов. Сравнивают полученное значение времени с заданным (в нашем случае 2 ч) и изменяют интенсивность теплообмена, т.е. увеличивают или уменьшают обороты вентилятора 22.

Так, если по показаниям газоанализатора 20 концентрация газообразных продуктов разложения составляет 0,1458 кг/м³, а расход парогазовой смеси по показаниям расходомера 23 составляет 600 м³/ч, при этом полный выход газообразных продуктов разложения резиновых отходов составляет 175 кг, т.е. 50% от исходного количества 350 кг, то при установившихся условиях 140 кг продуктов разложения будут выведены из реторты 8 за время:

(175 кг)/(0,1458 кг/м³×600 м³/ч)=2 ч,

что обеспечивает полное разложение отходов за заданное время 2 часа.

В случае, когда из расчетов следует, что полное время разложения больше заданного, необходимо интенсифицировать процесс теплообмена в реторте путем увеличения оборотов вентилятора и таким образом получить заданный параметр разложения 2 часа.

Газообразные продукты разложения резиновых отходов в смеси с водяным паром с расходом 600 м³/ч через расходомер 23 выводят в теплообменник 24, где в результате теплообмена с проточной водой охлаждают их до 250° С (температуру контролируют по показаниям датчика 25), в результате чего конденсируется порядка 79% газообразных продуктов разложения или около 55,3 кг/ч.

Конденсированные продукты из секции 24 теплообменника сливают в емкость 26. Из первой секции 24 теплообменника несконденсированную парогазовую смесь выводят во вторую секцию 27 теплообменника, где в результате теплообмена с проточной водой устанавливают температуру смеси 193° С (регулируют расход охлаждающей воды и контролируют температуру по показаниям датчика температуры 28). В результате конденсируется еще около 7,7 кг/ч газообразных продуктов разложения резиновых отходов.

Из второй секции 27 теплообменника парогазовую смесь при температуре 193° С через кран 29 в количестве 199,5 кг/ч выводят в топку 10 и сжигают, тем самым предотвращается сброс загрязненного конденсата в окружающую среду, а теплоту сгорания продуктов разложения отходов используют для энергообеспечения процесса, что существенно снижает расход топлива.

В рассматриваемом примере сжигается 7 кг/ч продуктов разложения с теплотой сгорания 40 МДж/кг и 17,5 кг/ч неконденсирующихся газов с теплотой сгорания 30 МДж/кг. Общее количество тепла, получаемого от сжигания продуктов разложения резиновых отходов, составит 805 МДж/ч. При сжигании 140 кг/ч дров (280 кг дров расходуется за 2 ч) выделяется 1960 МДж/ч тепла.

Таким образом, расход дров снижается до следующей величины:

(1960 МДж/ч-805 МДж/ч)/14 МДж/кг=82,5 кг /ч.

Конденсированные продукты из секции 27 теплообменника сливают в емкость 30.

По окончании процесса разложения отходов (после прекращения выхода газообразных продуктов из отходов, что наблюдают по показаниям газоанализатора 20) открывают затвор 31 и с помощью толкателя 32 тележку с твердым остатком перемещают в камеру охлаждения 33, после чего затвор 31 закрывают. Открывают затвор 6 и с помощью толкателя 4 тележку 9 заталкивают в реторту 8, после чего затвор 6 закрывают, а к бункеру 1 подают тележку 34, которую загружают отходами, открывают затвор 3 и в камеру 5 подают тележку 34, после чего затвор 3 закрывают.

После перемещения тележки 2 в камеру охлаждения 33 из емкости с водой 35 с помощью насоса 36 в форсунки 37 подают воду и распыляют ее в камере охлаждения.

Расход воды на орошение остатка определяется весом остатка, его начальной и конечной температурой. В нашем случае вес твердого остатка составляет 175 кг, его начальная температура 500° С, конечная температура 150° С, удельная теплоемкость 1,3 кДж/кг° С. В этом случае при охлаждении остатка необходимо отвести тепло, равное 79625 кДж. Тепло отводится в результате нагрева и испарения воды.

Таким образом, для отвода данного количества тепла (при условии, что начальная температура воды 20° С) необходимо на орошение подать 30,2 л воды. При достижении температуры Т=150° С (такой уровень температуры позволяет без возгорания вывести тележку 2 с остатком из камеры охлаждения) прекращают орошение остатка, открывают затвор 39 и с помощью толкателя 40 тележку 2 выталкивают из камеры охлаждения 33 и подают на разгрузку. Для разгрузки тележки 2 открывают в днище люки и твердый остаток под действием собственного веса просыпается в бункер выгрузки 41 и далее в сепаратор 42, где металл отделяют от углеродистой составляющей и выгружают в емкость 43, а углеродистую составляющую выгружают в емкость 44. После разгрузки тележку 2 с помощью подъемного крана 45 перемещают к бункеру 1 и цикл повторяют.

Пример 2.

Из бункера 1 в тележку 2 загружают 1000 кг резиновых отходов (измельченных изношенных шин до размеров 300-400 мм), открывают шлюзовой затвор 3 и с помощью толкателя 4 в камеру загрузки 5 заталкивают тележку 2, после чего затвор 3 закрывают и открывают затвор 6.

Затем толкателем 7 в реторту 8 заталкивают тележку 2 и закрывают затвор 6, а к бункеру 1 подают тележку 9, которую загружают отходами, открывают затвор 3 и толкателем 4 в камеру загрузки 5 заталкивают тележку 9, после чего затвор 3 закрывают. Одновременно в топку 10 загружают 400 кг дров (влажность 10%, зольность 2%, теплота сгорания 16 МДж/кг). Дрова в топке 10 зажигают с помощью факела и с помощью дымососа 11 продукты сгорания из топки 10 через дисперсную засыпку 12 выводят в дымовую трубу 13. Для полного сгорания дров в топку 10 необходимо подать 5 м³ воздуха на 1 кг дров, т.е. 2000 м³. Подачу воздуха регулируют с помощью шиберных заслонок дымососа, устанавливая заданный расход 1000 м³/ч, т.к. полное время процесса нагревания и термического разложения отходов составляет 2 ч, то дрова необходимо (500 кг) сжечь в топке 10 за 2 часа. При сгорании дров образуется 5,8 м³/кг продуктов сгорания, что составит 2320 м³. Следовательно, с помощью дымососа 11 из топки 10 необходимо выводить продукты сгорания с расходом 1160 м³/ч, т.к. время процесса сжигания дров составляет 2 ч.

Тепло, выделяющееся при сжигании дров в топке 10, расходуется на нагрев реторты 8, дисперсной засыпки 12, перегрев водяного пара, нагрев и термическое разложение резиновых отходов, тепловые потери. На нагрев элементов устройства расходуется 157 кг дров. На перегрев 1000 кг пара (Т=500° С) 70 кг. Для обеспечения нагрева до 500° С и термического разложения 1000 кг резиновых отходов требуется сжечь в топке 118 кг дров. Таким образом, полный расход дров на энергообеспечение процесса (с учетом 16% тепловых потерь)составит:

(157 кг+118 кг+70 кг)× 1,16=400 кг.

С помощью кранов 14 и 15 через паропровод 46 в пароперегреватель 16 подают насыщенный водяной пар, который перегревается до температуры 400° С. С помощью крана 17 в пароперегреватель 18, размещенный в топке 10, подают насыщенный водяной пар, который перегревается до температуры 700° С.

За температурой перегрева пара наблюдают по показаниям датчика температуры 19 и краном 17 регулируют расход пара таким образом, чтобы температура пара составляла 700° С. При этом разделение потока пара на два потока обеспечивает возможность, манипулируя кранами 15 и 17 (смешивая оба потока с температурой 400° С и 700° С), регулировать температуру в реторте 8 для обеспечения температуры 500° С.

Резиновые отходы нагреваются до температуры 500° С, в результате чего протекает процесс термического разложения с образованием твердого остатка и газообразных продуктов. За количеством образующихся газообразных продуктов в реторте наблюдают по показаниям газоанализатора 20, а температуру нагрева отходов контролируют с помощью баротермометра 21.

Для обеспечения эффективного процесса передачи тепла от стенок реторты 8 к резиновым отходам с помощью вентилятора 22 создают циркуляцию парогазовой смеси по контуру: нагретая стенка - резиновые отходы - вентилятор - нагретая стенка. Регулируя число оборотов вентилятора 22, устанавливают такой режим теплообмена, при котором отходы разлагаются за 2 ч.

Пусть по показаниям газоанализатора 20 концентрация газообразных продуктов разложения составляет 0,100 кг/м³, а расход парогазовой смеси по показаниям расходомера 23 составляет 2000 м³/ч. При этом полный выход газообразных продуктов разложения резиновых отходов составляет 400 кг, т.е. 40% от исходного количества 1000 кг. Таким образом, при установившихся условиях 400 кг продуктов разложения будут выведены из реторты 8 за время;

(400 кг)/(0,100 кг/м³×2000 м³/ч)=2 ч.

Таким образом, в нашем случае интенсивность подвода тепла к резиновым отходам обеспечивает их полное разложение за заданное время 2 часа.

Газообразные продукты разложения резиновых отходов в смеси с водяным паром с расходом 2000 м³/ч через расходомер 23 выводят в секции 24 и 27 теплообменника, где в результате теплообмена с проточной водой охлаждают их до температуры 250° С (температуру контролируют по показаниям датчика 25), в результате чего конденсируется около 79% газообразных продуктов разложения или 138,25 кг/ч. Конденсированные продукты сливают в емкость 26.

Из первой секции 24 теплообменника несконденсированную парогазовую смесь выводят во вторую секцию 27 теплообменника, где в результате теплообмена с проточной водой устанавливают температуру смеси 193° С (регулируют расход охлаждающей воды и контролируют температуру по показаниям датчика температуры 28). В результате конденсируется еще 19,25 кг/ч газообразных продуктов разложения резиновых отходов.

Из второй секции 27 теплообменника парогазовую смесь при температуре 193° С через кран 29 в количестве 567,5 кг/ч выводят в топку 10 и сжигают. Таким образом предотвращается сброс загрязненного конденсата в окружающую среду, а теплота сгорания продуктов разложения отходов используется для энергообеспечения процесса. При этом снижается расход топлива. В нашем случае сжигается 19,25 кг/ч продуктов разложения с теплотой сгорания 40 МДж/кг и 25 кг/ч неконденсирующихся газов с теплотой сгорания 30 МДж/кг. Общее количество тепла, получаемого от сжигания продуктов разложения резиновых отходов, составит 1520 МДж/ч. При сжигании 200 кг/ч дров (400 кг дров расходуется за 2 ч) выделяется 2800 МДж/ч тепла.

Таким образом, расход дров снижается до следующей величины:

(2800 МДж/ч-1520 МДж/ч)/14 МДж/кг=91,4 кг/ч.

Конденсированные продукты из теплообменника 27 сливают в емкость 30. По окончании процесса разложения отходов (после прекращения выхода газообразных продуктов из отходов, что наблюдают по показаниям газоанализатора 20) открывают затвор 31 и с помощью толкателя 32 тележку с твердым остатком перемещают в камеру охлаждения 33, после чего затвор 31 закрывают. Открывают затвор 6 и с помощью толкателя 4 тележку 9 заталкивают в реторту 8, после чего затвор 6 закрывают, а к бункеру 1 подают тележку 34, которую загружают отходами, открывают затвор 3 и в камеру 5 подают тележку 34, после чего затвор 3 закрывают. После перемещения тележки 2 в камеру охлаждения 33 из емкости с водой 35 с помощью насоса 36 в форсунки 37 подают воду и распыляют ее в камере охлаждения 33.

Расход воды на орошение остатка определяется весом остатка, его начальной и конечной температурой. В нашем случае вес твердого остатка составляет 600 кг, его начальная температура 500° С, конечная температура 150° С, удельная теплоемкость 1,3 кДж/кг° С.

В этом случае, для охлаждения остатка необходимо отвести избыточное тепло в количестве 273000 кДж. Тепло отводится в результате нагрева и испарения воды. Таким образом, для отвода данного количества тепла необходимо (при условии, что начальная температура воды 20° С) на орошение подать 103,5 кг воды.

За температурой остатка наблюдают по показаниям термометра 38 и при достижении температуры Т=150° С (такой уровень температуры позволяет без возгорания вывести тележку 2 с остатком из камеры охлаждения) прекращают его орошение, открывают затвор 39 и с помощью толкателя 40 тележку 2 выталкивают из камеры охлаждения и подают на разгрузку. Для разгрузки тележки 2 открывают люки в ее днище и остаток под действием собственного веса просыпается в бункер выгрузки 41 и далее в сепаратор 42, где металл отделяют от углеродистой составляющей и выгружают в емкость 43, а углеродистую составляющую выгружают в емкость 44. После разгрузки тележку 2 с помощью подъемного крана 45 перемещают к бункеру 1 и цикл повторяют.

Предлагаемое устройство для переработки резиновых отходов испытано в условиях экспериментального производства и отличается от известного улучшенными показателями по удельным энергетическим затратам на процесс переработки отходов, а также более низкими выбросами вредных веществ в окружающую среду.

Источники информации:

1. Шеин B.C., Ермаков В.И., Нохрин Ю.Г. "Обезвреживание и утилизация выбросов и отходов при производстве и переработке эластомеров". - М.: Химия, 1987. - С.226-227.

2. Патент Франции №2279836, МПК С 08 J 11/10, 1976.

3. Патент Российской Федерации №2076501, Кл. 6 В 29 В 17/00, C 08 J 11/14, 1997.

4. Патент Латвии №12890, МПК С 10 В 53/02, C 08 J 11/00, С 08 J 11/14, 2002 г. (прототип).

1. Устройство для переработки резиновых отходов, содержащее камеру загрузки, топку, снабженную сводом и дымовой трубой, размещенную над топкой реторту, дисперсную засыпку из огнеупорного материала, образующую газоход из топки в дымовую трубу, паропровод, камеру охлаждения и теплообменник, отличающееся тем, что теплообменник выполнен в виде двух соединенных последовательно секций и выход последней секции подключен к топке, причем дисперсная засыпка размещена между сводом топки и ретортой, а в верхней части последней установлен вентилятор, при этом топка и дисперсная засыпка дополнительно оборудованы пароперегревателями.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пароперегреватель, размещенный в топке, выполнен в форме змеевика из труб из жаропрочной стали и своим входом соединен с паропроводом, а выход его подключен к реторте.

3. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что пароперегреватель, установленный в дисперсной засыпке, выполнен в форме плоского змеевика из труб из жаропрочной стали и своим входом подключен к паропроводу, а выход его соединен с ретортой.