Способ получения сорбента органических соединений

Изобретение относится к способам получения сорбентов органических соединений из резиносодержащих отходов. Способ получения сорбента включает пиролиз изношенных шин с получением углеродного остатка, активацию углеродного остатка водяным паром, подаваемым в пиролизную камеру снизу от стороннего, охлаждение углеродного остатка от температуры 450-500°С до температуры 150-200°С, дополнительную активацию за счет периодической подачи сверху в пиролизную камеру воды в несколько ступеней при суммарном количестве охлаждающей воды на всех ступенях охлаждения, не превышающем 0,5 л на 1 кг углеродного остатка. Процесс осуществляют в пиролизной камере, внутреннее пространство которой связано с одной из полостей нагнетательного пневмоцилиндра, вторая полость соединена с атмосферой. Поршень со штоком жестко соединены со штоком и поршнем силового пневмоцилиндра двухстороннего действия. Процесс осуществляют при периодическом изменении давления в пиролизной камере. После прекращения подачи пара снизу в пиролизную камеру производят периодическое всасывание паровоздушной смеси из верхней части пиролизной камеры в полость нагнетательного цилиндра и вытеснение этой смеси из полости нагнетательного цилиндра в пиролизную камеру снизу. Технический результат заключается в снижении продолжительности процесса за счет повышения степени взаимодействия углеродного остатка с водой и водяным паром. 1 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к способам получения сорбентов органических соединений из углеродного остатка, образующегося в процессе пиролиза резиносодержащих отходов, в том числе изношенных автомобильных шин.

Известен способ получения сорбента органических соединений из углеродного остатка, образующегося в процессе пиролиза резиносодержащих отходов, в том числе изношенных шин (патент РФ №2396208 С1, кл. С01В 31/08, опубл. 10.08.2010, бюл. №22), включающий активацию углеродного остатка водяным паром, подаваемым в пиролизную камеру снизу от стороннего источника в течение не менее 10 мин, охлаждение углеродного остатка от температуры 450-500°С до температуры 150-200°C с дополнительной его активацией за счет периодической подачи сверху в пиролизную камеру воды в несколько ступеней в количестве не менее 0,12 л на 1,0 кг остатка, с перерывами между ступенями не менее 7 минут и суммарном количестве охлаждающей воды на всех ступенях охлаждения, не превышающем 0,5 л на 1 кг углеродного остатка, процесс активации и охлаждения углеродного остатка осуществляют в пиролизной камере, внутреннее пространство которой связано трубопроводом с одной из полостей нагнетательного пневмоцилиндра, вторая полость этого пневмоцилиндра связана с атмосферой, а поршень со штоком которого жестко соединены со штоком и поршнем силового пневмоцилиндра двухстороннего действия, при этом процесс осуществляют при периодическом изменении давления в пиролизной камере на 10-30% от номинального давления с периодом, равным 0,5-3,0 минуты.

Однако этот способ имеет недостаточную эффективность охлаждения и активации углеродного остатка, связанную с низкой эффективностью взаимодействия углеродного остатка с водой и водяным паром, подаваемыми в пиролизную камеру, и водяным паром, образующимся при охлаждении углеводородного остатка водой, подаваемой в камеру.

Технический результат изобретения - повышение эффективности взаимодействия углеродного остатка с водой и водяным паром, подаваемыми в пиролизную камеру, и водяным паром, образующимся при охлаждении углеродного остатка водой, подаваемой в камеру, за счет того, что после прекращения подачи пара снизу в пиролизную камеру производят периодическое всасывание паровоздушной смеси из верхней части пиролизной камеры в полость нагнетательного цилиндра, а вытеснение этой смеси из полости нагнетательного цилиндра в пиролизную камеру снизу под углеродный остаток.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения сорбента органических соединений, включающем пиролиз резиносодержащих отходов, в том числе изношенных шин, с получением углеродного остатка, активацию углеродного остатка водяным паром, подаваемым в пиролизную камеру снизу от стороннего источника в течение не менее 10 мин, охлаждение углеродного остатка от температуры 450-500°C до температуры 150-200°C с дополнительной его активацией за счет периодической подачи сверху в пиролизную камеру воды в несколько ступеней в количестве не менее 0,12 л на 1,0 кг остатка, с перерывами между ступенями не менее 7 минут и суммарном количестве охлаждающей воды на всех ступенях охлаждения, не превышающем 0,5 л на 1 кг углеродного остатка, процесс активации и охлаждения углеродного остатка осуществляют в пиролизной камере, внутреннее пространство которой связано трубопроводом с одной из полостей нагнетательного пневмоцилиндра, вторая полость этого пневмоцилиндра связана с атмосферой, а поршень со штоком которого жестко соединены со штоком и поршнем силового пневмоцилиндра двухстороннего действия, при этом процесс осуществляют при периодическом изменении давления в пиролизной камере на 10-30% от номинального давления с периодом, равным 0,5-3,0 минуты, после прекращения подачи пара снизу в пиролизную камеру производят периодическое всасывание паровоздушной смеси из верхней части пиролизной камеры в полость нагнетательного цилиндра, а вытеснение этой смеси из полости нагнетательного цилиндра в пиролизную камеру снизу под углеродный остаток.

На чертеже схематично изображена установка для проведения способа получения сорбента органических соединений из углеродного остатка, образующегося в процессе пиролиза резиносодержащих отходов, в том числе изношенных шин.

Установка содержит пиролизную камеру 1, в которую по каналу 2 через затвор 3 поступают разрезанные на куски изношенные шины 4. После завершения процесса пиролиза изношенных шин в пиролизную камеру 1 подают воду через вентиль 5, а водяной пар - через вентиль 6 по трубопроводу 7. Активированный углеродный остаток из пиролизной камеры 1 удаляют через затвор 8 по каналу 9.

Внутреннее парогазовое пространство пиролизной камеры 1 соединено с одной полостью нагнетательного пневмоцилиндра 10 по первой линии через обратный клапан 11 и по второй линии через вентиль 12 и обратный клапан 13, а другая полость пнемоцилиндра 10 соединена с атмосферой. Поршень 14 со штоком 15 нагнетательного пневмоцилиндра 10 жестко соединены со штоком 16 и поршнем 17 силового пневмоцилиндра 18. Полость нагнетательного пневмоцилиндра 10 по третьей линии соединена через обратный клапан 13 и вентиль 19 с трубопроводом 7 подачи водяного пара снизу в пиролизную камеру 1 через вентиль 6.

Способ осуществляется следующим образом.

Сырье подают в пиролизную камеру 1 по каналу 2 после открытия затвора 3, затем осуществляется процесс пиролиза. Получившийся углеродный остаток охлаждают в пиролизной камере 1 от температуры 450-500°С до 150-200°С путем подачи воды через вентиль 5 и активируют водяным паром, подаваемым через вентиль 6. При этом перед подачей охлаждающей воды углеродный остаток подвергают активации водяным паром, подаваемым от стороннего источника через вентиль 6 в течение не менее 10 мин, а подачу охлаждающей воды через вентиль 5 осуществляют в несколько ступеней из расчета не менее 0,12 л на 1,0 кг остатка, при этом перерывы между ступенями составляют не менее 7 мин, в течение которых осуществляется постепенная активация углеродного остатка паром, образовавшимся на предыдущих ступенях охлаждения.

Суммарное количество охлаждающей воды на всех ступенях охлаждения, приходящееся на 1 кг углеродного остатка, не должно превышать 0,5 л. Перед процессом активации углеродного остатка в пиролизной камере 1 водяным паром закрывают вентиль 19, открывают вентиль 12 и осуществляют периодические изменения давления парогазовой среды в пиролизной камере 1 и твердом углеводородном остатке 4 путем периодического перемещения поршня 14 нагнетательного пневмоцилиндра 10 вперед-назад, соединенного одной полостью по первой линии через обратный клапан 11 и по второй линии через обратный клапан 13 и вентиль 12 с внутренним парогазовым пространством пиролизной камеры 1, а другой полостью с атмосферой. Перемещение поршня 14 со штоком 15 нагнетательного пневмоцилиндра 10 осуществляется с помощью соединенного с ним штока 16 с поршнем 17 силового пневмоцилиндра 18 двухстороннего действия, использующего сжатый воздух от компрессора, что обеспечивает периодическое изменение порового давления в каждой точке углеродного остатка 4 в пиролизной камере 1.

В этом случае при перемещении поршня 14 нагнетательного пневмоцилиндра 10 вперед (на чертеже вправо) парогазовая смесь из пиролизной камеры 1 проходит по первой линии через обратный клапан 11 в полость пневмоцилиндра 10. При перемещении поршня 14 нагнетательного пневмоцилиндра 10 назад (на чертеже влево) парогазовая смесь из полости пневмоцилиндра 10 проходит по второй линии через обратный клапан 13 и вентиль 12 в пиролизную камеру 1.

Открывают вентиль 6 и осуществляют активацию углеродного остатка в течение не менее 10 мин в пиролизной камере 1 водяным паром, подаваемым от стороннего источника снизу пиролизной камеры 1. Завершают активацию углеводородного остатка в пиролизной камере 1 водяным паром, закрывая вентиль 6.

Закрывают вентиль 12 и открывают вентиль 19 и в процессе подачи охлаждающей воды, осуществляемой в несколько ступеней, с перерывами, в течение которых осуществляется постепенная активация углеродного остатка паром, образовавшимся на предыдущих ступенях охлаждения, периодически изменяют давление парогазовой среды в пиролизной камере и углеродном остатке путем периодического всасывания паровоздушной смеси из верхней части пиролизной камеры 1 по первой линии через обратный клапан 11 в полость нагнетательного цилиндра 10 и вытеснения этой смеси из полости нагнетательного цилиндра 10 в пиролизную камеру 1 снизу по третьей линии через обратный клапан 13, вентиль 19 и далее по трубопроводу 7.

Пример. Получение сорбента органических соединений после пиролиза изношенных шин по прототипу и заявляемому способу проводится в соответствии с данными таблицы 1, приведенной ниже.

Таблица 1
Наименование параметров	Ступени обработки углеродного остатка
Паром	1. Водой	2. Водой	3. Водой	4. Водой	5. Водой	Все ступени обработки
Количество воды, подаваемой на каждой ступени обработки углеродного остатка, л		24	24	22	22	22	114,0 (0,47 кг воды на 1 кг остатка)
Время обработки углеродного остатка, мин	По прототипу	10	7	7	10	10	10	54
По заявляемому способу	10	5	5	5	7	8	40

Обработка углеродного остатка содержит 6 ступеней: обработка паром и пять ступеней обработки водой. Время обработки углеродного остатка по прототипу составляет 54 (10+7+7+10+10+10) мин, а по заявляемому способу 40 (10+5+5+5+7+8) мин, что составляет 74,1% от длительности получения сорбента по прототипу. Получение сорбента органических соединений по прототипу проводится при давлении, равном 5000 Па с изменением в пределах 20% от номинального значения, то есть от 4000 до 5000 Па (от 400 до 500 мм вод.ст.), в верхней части пиролизной камеры на протяжении всего времени активации углеродного остатка водяным паром и водой.

По заявляемому способу активация углеродного остатка водяным паром и водой производится при тех же изменениях давления парогазовой среды в пиролизной камере, как в прототипе. В течение первых 10 минут активация углеродного остатка водяным паром производится при периодическом изменении парогазовой смеси, всасываемой нагнетательным цилиндром из верхней части пиролизной камеры и нагнетаемой в верхнюю часть пиролизной камеры.

Процесс активации углеродного остатка водой, подаваемой сверху на углеродный остаток, и паром, образующимся из этой воды, производится в течение 30 минут при периодическом изменении парогазовой смеси, всасываемой нагнетательным цилиндром из верхней части пиролизной камеры, а вытесняемой в пиролизную камеру снизу под углеродный остаток. Период изменения давления в пиролизной камере составляет 72 с (1,2 мин).

Показатели испытания полученных сорбентов по прототипу и по заявляемому способу в сопоставлении с применяемым в настоящее время сорбентом «Сорбойл» представлены в таблице 2, приведенной ниже.

Таблица 2
Наименование показателя	«Сорбойл»	Сорбент, полученный по прототипу	Сорбент, полученный по заявляемому способу
Нефтесорбционная способность, кг/кг сорбента	До 2	2,4	2,3
Скорость поглощения, кг/кг мин	Удовл.	Удовл.	Удовл.
Водопоглощение, кг/кг сорбента	0,2	Отсутств.	Отсутств.

Как видно из результатов, сорбент органических соединений, полученный по заявляемому способу, не отличается от сорбента, полученного по прототипу. Однако при получении сорбента органических соединений по заявляемому способу время обработки углеродного остатка паром и водой на 25,9% меньше времени обработки сорбента по прототипу.

Таким образом, заявляемый способ получения сорбента органических соединений из углеродного остатка, образующегося в процессе пиролиза резиносодержащих отходов, в том числе изношенных шин, повышает эффективность взаимодействия углеродного остатка с водой и водяным паром, подаваемыми в пиролизную камеру, за счет того, что после прекращения подачи пара снизу в пиролизную камеру производят периодическое всасывание паровоздушной смеси из верхней части пиролизной камеры в полость нагнетательного цилиндра, а вытеснение этой смеси из полости нагнетательного цилиндра в пиролизную камеру снизу.

Способ получения сорбента органических соединений, включающий пиролиз резиносодержащих отходов, в том числе изношенных шин, с получением углеродного остатка, активацию углеродного остатка водяным паром, подаваемым в пиролизную камеру снизу от стороннего источника в течение не менее 10 мин, охлаждение углеродного остатка от температуры 450-500°С до температуры 150-200°C с дополнительной его активацией за счет периодической подачи сверху в пиролизную камеру воды в несколько ступеней в количестве не менее 0,12 л на 1,0 кг остатка, с перерывами между ступенями не менее 7 мин и суммарном количестве охлаждающей воды на всех ступенях охлаждения, не превышающем 0,5 л на 1 кг углеродного остатка, при этом процесс осуществляют в пиролизной камере, внутреннее пространство которой связано трубопроводом с одной из полостей нагнетательного пневмоцилиндра, вторая полость этого пневмоцилиндра связана с атмосферой, а поршень со штоком которого жестко соединены со штоком и поршнем силового пневмоцилиндра двухстороннего действия, при этом процесс осуществляют при периодическом изменении давления в пиролизной камере на 10-30% от номинального давления с периодом, равным 0,5-3,0 мин, отличающийся тем, что после прекращения подачи пара снизу в пиролизную камеру производят периодическое всасывание паровоздушной смеси из верхней части пиролизной камеры в полость нагнетательного цилиндра, а вытеснение этой смеси из полости нагнетательного цилиндра в пиролизную камеру снизу под углеродный остаток.