Способ переработки полимерных составляющих изношенных автомобильных шин


 


Владельцы патента RU 2402591:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к способу термической переработки полимерных составляющих изношенных автомобильных шин, включающему их загрузку в реактор, пиролиз в среде газа с последующим разделением продуктов пиролиза и выгрузку твердого остатка. При этом измельченные полимерные составляющие изношенных автомобильных шин обрабатывают водным раствором хлорида кобальта из расчета 2% хлорида кобальта от массы полимерных составляющих с последующей сушкой обработанных материалов при комнатной температуре, а пиролиз проводят в среде азота при атмосферном давлении при температуре 450-460°С в течение 1,0÷1,5 часов. Изобретение позволяет увеличить выход газообразных и жидких продуктов пиролиза, а также повысить теплотворную способность газообразных продуктов. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к технологии утилизации полимерных составляющих отработанных автомобильных шин, и может быть использовано для получения горючего газа, жидкого топлива, а также технического углерода.

Известен способ переработки изношенных шин и/или резинотехнических изделий (RU №2361731, кл. В29 В17/00, C08J 11/14, F23G 5/027, В09В 3/00, 2006), включающий цикличную автоматическую их загрузку в рабочий объем устройства для проведения пиролиза и выгрузку твердого остатка. Пиролиз шин и резинотехнических изделий осуществляют посредством их переработки в устройстве путем сверхвысокочастотного нагрева, обеспечивающем пиролиз в режиме стоячих волн с равномерным распределением СВЧ - поля в рабочем объеме камер пиролиза с частотой микроволнового излучения 2,45 ГГц в условиях подачи перегретого водяного пара. Перегретый пар подают при достижении температуры в камерах пиролиза 100°С, поддерживая избыточное давление в камерах пиролиза до 5 кПа путем регулирования расхода образующихся газообразных продуктов с последующим их отводом. Пиролиз изношенных шин в камерах проводят поштучно, осуществляя их автоматическую загрузку внутрь камер пиролиза устройства, обеспечивающего режим стоячих волн, в навал. При загрузке в рабочий объем камеры пиролиза изношенных шин и/или резинотехнических изделий массой 100-800 кг перед началом пиролиза выбирают мощность СВЧ-излучателей из интервала 1100-14000 кВт, а процесс ведут в течение 3-5 мин.

Однако известный способ требует значительных энергозатрат на поддержание необходимого давления, подачу перегретого водяного пара и микроволнового излучения.

Существующие термические методы переработки цельных шин имеют ряд недостатков, обусловленных физико-химическими свойствами автомобильных шин. Так низкая теплопроводность входящих в состав покрышек резин обуславливает высокие энергетические затраты на проведение процесса, что приводит к увеличению стоимости переработки. К тому же после переработки требуются дополнительные расходы на извлечение металлокорда, что также увеличивает стоимость утилизации автомобильных покрышек данным методом.

Использование цельных шин или их крупных кусков в качестве сырья для пиролиза делает проблематичным применение катализаторов пиролиза, что сказывается на более высоких энергиях активации процесса термодеструкции и, следовательно, более высоких реакционных температурах, что также увеличивает стоимость проведения процесса. Термические методы характеризуются также более низким качеством получаемых продуктов пиролиза (с более широким диапазоном молекулярно массового распределение жидкой фракции продуктов пиролиза) и более низкой конверсией в газообразные и жидкие продукты по сравнению с каталитическими методами термической переработки автомобильных шин.

Приведенные недостатки термических методов переработки автомобильных шин свидетельствует о том, что они отличаются низкой эффективностью, поэтому переработка данными методами приводит к нерациональному использованию химического потенциала резинотехнических отходов.

Прототипом заявленного изобретения является способ термической переработки изношенных шин, включающий их загрузку в реактор, пиролиз материала при 550-800°С в среде восстановительного газа с последующим разделением продуктов пиролиза и выгрузку твердого остатка (RU №97117797, кл. В29В 17/00, F23G 7/12, C08J 11/16, C08J 11/20, 1997).

Однако данный способ требует поддержания высокой температуры, а также включает дополнительные затраты на подачу восстановительного газа, что существенно увеличивает стоимость процесса переработки по данному методу.

Задачей изобретения является уменьшение энергоемкости процесса.

Технический результат изобретения - увеличение выхода газообразных и жидких продуктов пиролиза, а также повышение теплотворной способности газообразных продуктов за счет увеличения содержания газообразных углеводородов.

Поставленная задача и указанный технический результат достигается тем, что способ термической переработки полимерных составляющих изношенных автомобильных шин включает их загрузку в реактор, пиролиз в среде газа с последующим разделением продуктов пиролиза и выгрузку твердого остатка. Согласно изобретению измельченные полимерные составляющие изношенных автомобильных шин обрабатывают водным раствором хлорида кобальта из расчета 2% хлорида кобальта от массы полимерных составляющих с последующей сушкой обработанных материалов при комнатной температуре, а пиролизом проводят в среде азота при атмосферном давлении при температуре 450-460°С в течение 1,0÷1,5 часов. При этом полимерные составляющие автомобильных шин измельчают до частиц размером 0,01÷5,0 мм, а после обработки водным раствором хлорида кобальта материалы сушат до содержания влаги в них менее 10%.

Использование хлорида кобальта как катализатора приводит к увеличению содержания углеводородов, что сказывается на увеличении теплотворной способности образуемого пиролизного газа. Внесение хлорида кобальта с концентрацией менее 2% недостаточно для поддержания необходимого уровня конверсии в газообразные и жидкие продукты. Поэтому оптимальное содержание катализатора находится в пределах 2-3%. Дальнейшее увеличение содержания катализатора не приводит к значительным изменениям массового распределения продуктов пиролиза, поэтому дальнейшее увеличение концентрации катализатора экономически не выгодно. Использование хлорида кобальта в качестве катализатора пиролиза позволяет также снизить температуру проведения пиролиза на 50-100°С с высокой конверсией в газообразные и жидкие продукты.

Наибольшая конверсия в газообразные и жидкие продукты находится в интервале температур 450-460°С. Температура ниже 450°С даже при использования катализатора недостаточна для полной возможной конверсии полимерных составляющих автомобильных шин в газообразные и жидкие продукты. Увеличение же температуры выше 460°С экономически не выгодно, поскольку способствует снижению теплоты сгорания газообразных продуктов за счет протекания более глубоких процессов термодеструкции.

Проведение пиролиза в среде азота снижает выход кислородсодержащих продуктов и повышает выход горючего газа.

Проведение сушки обработанных полимерных составляющих автомобильных шин при комнатной температуре осуществляется в целях снижения энергоемкости процесса переработки. При этом содержании влаги более 10% снижает выход массы газообразных продуктов, а также возрастает энергоемкость процесса, поскольку для испарения содержащейся влаги необходим подвод дополнительной энергии.

Извлечение полимерных составляющих автомобильных шин методом измельчения позволяет получать разные сорта резиновых регенератов и крошки, используемые в различных отраслях резинотехнической промышленности. Размер частиц от 0,01 до 5 мм является оптимальным для обработки материалов катализатором и для проведения процесса пиролиза.

Способ термической переработки полимерных составляющих изношенных автомобильных шин осуществляют следующим образом.

Пример 1.

Полимерные составляющие изношенных автомобильных шин, извлекаемые при переработке автомобильных шин методом механического измельчения, обрабатывали водным раствором, содержащим хлорид кобальта (1% от массы полимерных составляющих автомобильных шин). Обработанный субстрат сушили при комнатной температуре и подвергали пиролизу при температуре 400°С и атмосферном давлении в среде азота (для снижения выхода кислородсодержащих продуктов). Массовое распределение продуктов пиролиза принимало следующие значения: m (газа) = 10,1%; m (жидкой фр.) = 31,2%; m (тв. остатка) = 66,7%. Результаты эксперимента по каталитическому пиролизу полимерных составляющих автомобильных шин приведены в таблице 1.

Аналогично примеру 1 были проведены и другие 16 примеров, результаты которых сведены в таблицу 2.

Как видно из примеров №4-12 табл.2, оптимальные температурные условия процесса переработки полимерных составляющих изношенных автомобильных шин методом каталитического пиролиза с наибольшей конверсией в газообразные и жидкие продукты находятся в интервале 450-460°С. Исходя и примеров №14-16 табл.2, оптимальное время проведения процесса пиролиза составляет 1-1,5 часа. Меньшее время проведения процесса недостаточно для достижения возможной конверсии полимерных составляющих автомобильных шин в жидкие и газообразные продукты. Увеличение времени проведения процесса свыше 1,5 экономически не выгодно, поскольку протекание процесса пиролиза к этому времени практически полностью завершается.

Данная разработка метода переработки полимерных составляющих автомобильных шин методом каталитического пиролиза находится на стадии лабораторного исследования.

Таблица 1
Результаты эксперимента по каталитическому пиролизу полимерных составляющих автомобильных шин
Вре-
мя, сек
Объем полученной газовой смеси, мл Концентрация углеводородов в газовой смеси, моль·105 Теплота сгорания газовой смеси, МДж/м3
Метан Этан Этилен Пропан
3600 253 70,5 15,9 12,06 10,71 28.95
Таблица 2
Общие результаты экспериментов по каталитическому пиролизу полимерных составляющих изношенных автомобильных шин
Т, °С Kt, % Время, с Объем получен-
ной газовой смеси, мл
m газа, % m жид-
кой
фр., %
m тв. остатка, % Концентрация углеводородов в газовой смеси, моль·105 Теплота сгорания газовой смеси, МДж/м3
Метан Этан Этилен Пропан
1 400 - 3600 134 5,4 18,7 75,9 37,8 5,6 6,1 7,2 18,8
2 450 - 3600 192 7,5 23,4 69,1 68,7 13,2 10,9 9,8 26,31
3 500 - 3600 218 8,9 39,8 51,3 99,1 15,4 12,2 9,2 33,29
4 400 1 3600 253 10,1 31,2 66,7 70,5 15,9 12,06 10,71 28,95
5 400 2 3600 267 15,1 36,2 49,7 93,6 21,9 18,06 13,71 36,39
6 400 5 3600 289 16,6 35,4 49,0 96,6 23,55 19,68 7,71 34,59
7 450 1 3600 305 18,7 38,4 43,9 99,1 15,96 17,64 13,22 37,77
8 450 2 3600 330 20,9 40,4 38,7 114,6 24,96 21,33 22,71 55,77
9 450 5 3600 356 20,1 38,2 41,7 115,23 27,03 23,58 13,17 43,68
10 500 1 3600 339 20,1 38,3 41,6 109,35 24,21 21,69 11,97 46,74
11 500 2 3600 365 19,8 39,8 40,4 117,69 26,01 18,87 8,43 49,32
12 500 5 3600 374 19,6 39,4 41,0 114,03 24,96 19,32 6,96 44,67
13 450 2 1800 187 12,2 27,87 59,93 90,45 10,51 27,89 26,45 39,76
14 450 2 3600 330 20,9 40,4 38,7 114,6 24,96 21,33 22,71 55,77
15 450 2 5400 337 21,4 40,8 37,8 117,9 23,71 19,34 20,32 53,10
16 450 2 7200 338 21,5 40,9 37,6 118,3 23,34 19,45 20,56 54,01

1. Способ термической переработки полимерных составляющих изношенных автомобильных шин, включающий их загрузку в реактор, пиролиз в среде газа с последующим разделением продуктов пиролиза и выгрузку твердого остатка, отличающийся тем, что измельченные полимерные составляющие изношенных автомобильных шин обрабатывают водным раствором хлорида кобальта из расчета 2% хлорида кобальта от массы полимерных составляющих с последующей сушкой обработанных материалов при комнатной температуре, а пиролиз проводят в среде азота при атмосферном давлении при температуре 450-460°С в течение 1,0÷1,5 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, измельчают полимерные составляющие до частиц размером 0,01÷5,0 мм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что после обработки водным раствором хлорида кобальта материалы сушат до содержания влаги в них менее 10%.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к переработке резиносодержащих отходов, в частности к утилизации изношенных автомобильных покрышек и резинотехнических изделий. .

Изобретение относится к способам и устройствам для термической переработки твердых органических отходов, преимущественно резинотехнических изделий в жидкие, газообразные и твердые топливные компоненты.

Изобретение относится к области утилизации изношенных автомобильных шин и отходов резинотехнических изделий. .
Изобретение относится к способу переработки резин общего и специального назначения на основе полидиеновых каучуков, а также резиносодержащих отходов, изготовленных из таких резин, в частности шинных резин и отработанных автомобильных шин.

Изобретение относится к химической промышленности и утилизации резиносодержащих промышленных и бытовых отходов, например отслуживших свой срок автопокрышек. .

Изобретение относится к области термической переработки углеводородного сырья, в частности к установкам для пиролиза изношенных автомобильных шин и других вторичных полимерсодержащих материалов с получением продуктов пиролиза, используемых в промышленности в качестве энергоносителей и при производстве резинотехнических изделий и сорбентов.
Изобретение относится к способу получения газообразного топлива из отходов резины и полимеров, включающему подготовку исходного сырья, баротермическую деструкцию исходного сырья путем сжижения в водорододонорном растворителе при температуре выше 270°С и давлении до 6 МПа, с получением жидкой фракции, выделение технического углерода и других побочных твердых продуктов, полное испарение полученной жидкой фракции, пиролиз образующейся парогазовой смеси при температуре 700-800°С и давлении 2.2-2.5 МПа, с последующим резким охлаждением полученного газа.

Изобретение относится к переработке углеводородов и может быть использовано в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, коммунальном хозяйстве.

Изобретение относится к переработке органических полимерных отходов резинотехнической промышленности и автотранспорта, например сайлент-блоков, в металлические детали для их восстановления и химическое сырье.
Изобретение относится к переработке резиносодержащих отходов, в частности к утилизации изношенных автомобильных покрышек и резинотехнических изделий. .

Изобретение относится к способу переработки регенерируемого поликонденсационного полимера для повторного использования. .

Изобретение относится к способу переработки отходов полиэтилентерефталата (ПЭТФ) в порошкообразный продукт. .
Изобретение относится к резиновой промышленности, к получению резиновой смеси с применением резиновой крошки из отходов шин и производства резинотехнических изделий.

Изобретение относится к области утилизации изношенных автомобильных шин и отходов резинотехнических изделий. .
Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к способу переработки медицинских отходов с получением из них безвредных продуктов. .

Изобретение относится к способу получения катионита, который может быть использован в химической и металлургической промышленности для очистки сточных вод от ионов ртути.

Изобретение относится к области термической переработки твердых органических отходов, в частности резиносодержащих и полимерных, и может быть использовано для переработки изношенных шин, в том числе крупногабаритных диаметром более 2,0 м без предварительного их измельчения.
Изобретение относится к способу переработки резин общего и специального назначения на основе полидиеновых каучуков, а также резиносодержащих отходов, изготовленных из таких резин, в частности шинных резин и отработанных автомобильных шин.

Изобретение относится к способу получения катионита, который может быть использован в химической и металлургической промышленности при очистке сточных вод от ионов металлов.
Изобретение относится к резиновой промышленности, а именно к области переработки эластомерных отходов повышенной влажности, образующихся в производстве производств синтетических каучуков, и изготовления на их основе резиновых смесей
Наверх