Способ переработки органических материалов

 

Союз Советскиа

Социалистических

Республик

< 1727152 (6I ) Дополнительный к патенту (22)) Заявлено 020876 (21) 2386908/23-04 (23) Приоритет — (32) (0 <л

С 10 G 9/00

1осударсгвенный коми гег

ГГГР ао делам ни>брегении н огкрмгнй (53) УМ 665. 57 (088 .8) Опубликовано 05.0480. Бюллетень Ю 13

Дата опубликования описаиия050480 (72) Автор изобретения

Иностранец

Р.Вильям Чамберэ (США) Иностранная фирма

Деко Индастриз,ИНК (США) P3) Заявитель (54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОРГАНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относитс я к химической промышленности.

Проблегж утилизации связаны с н а коплен ием бол ьши х колич еств ис пол ьзованных автомобильных шин, промгшленных и городских отходов и мусора, содержащего неразрушающиеся пласти— ковые мат ери алы . Уничтожение от ходов сжиганием загрязняет атмосферу.

Кроме того, процесс сжи гани я от ходов неэкономичен.

Процессы превращени я промышлен ных отходов и городского хлама и отбросов в продукты, которые можно использовать в качестве топлива или в качестве сырья для различных промышленных процессов, более эффективны.

Известны способы переработки органических материалов, например отходов пластмасс, с получением жидких топлив (керосина, бензина), по которым исходное сырье подвергают гидрокре кин ry или термическому кре-. кингу f 1) .

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ переработки органических материалов, например отходов при производстве пластмасс, путем термообработки исходного сырья. Термообработку проводят при перемешивании при 400ОС.

При этом получают жидкое топливо типа керосина. Образующиеся газ и остаток используют как топливоГИ

Однако такой способ недостаточно эффективен.

Целью изобретения является повышение степени конверсии исходного сырья.

Поставленная цель достигается тем, что по предложенному способу переработки органических материалов исходное сырье перемещают по трубе при нагревании сырья до температуры теро мообработки со скоростью 40-80 С/мин, а термообработку сырья проводят при

427-815 С и давлении 50-180 мм рт.ст.

Со гласно предложен ному способу масса исходного органического материала непрерывно. перемещается по трубе, по всей длине которой поддержи вается температура 427-815О С (предпочтительно 538ОC) практически при отсутствии воздуха и/или кислорода. Материал по мере прохождения сквозь цилиндрическую деталь вращается или перемешивается, а газы и пары удаляются из близкоro к выходному концу детали отверстия с помощью вакуума, составляющего

727152

50 — 180 мм рт.ст. (предпочтительно около 127 мм рт.ст.) .

В качестве органических материалов могут быть применены каменный уголь, дегтеносные пески и другие углеродистые материалы, использованные резиновые шины, промышленные и городские ртходы, мусор.

На фиг. 1 представлена схема установки для осуществления способа, на фиг. 2 — вариант изолированного нагревательного аппарата; на фиг. 3 разрез А-A фиг. 2.

Исходное сырье иэ бун кера 1 поступает в бункер 2. Под бункером 2 рас— положена воздухнепроницаемая камера

3 с входом 4 для приема порции сырого материала в камеру и выходом 5 для выгрузки материала из нее. Вход и выход оборудованы скользящей дверкой, открывающей и закрывающей проход по сигналам от автоматического регуля- 26 тора 6, передав аемым по импульсным линиям 7 и 8 соответственно. Регулятор может быть электрическим, гидрав— лическим или пневматическим.

Между камерой 3 и регулятором 6 расположен главный продувочный трубопровод 9, который через линию 10 с клапаном 11 может непосредственно соедин ятьс я с емкостью 1 2 для продувочного газа, например азота, 30

Реакторная система включает изолированный нагревательный аппарат

13, через который проходит длинная труба 14 с входом 15 и выходом 16.

Пелесообразно испольэовать трубу из нержавающей стали диаметром 152 мм.

В аппарате 13 14 расположены источник тепла, например газовая горелка 17. Вытяжная труба 18 рас положе н а в верхней части аппарата и служит для удаления из него продук- 40 тов с гор ани я.

Через трубу 14 от входа 15 до выхода 16 проходит винтовой транспортер 19, приводимый в действие электродвигателем 20. Материал перемещается

rro трубе с постоянной скоростью и измельчается или перемешивается. B результате все куски или частицы материала непрерывно получают тепло от поверхности трубы 14 . 50

Труба 21 для выхода продукта связана с соединительной трубой 22 и с внутренним объемом трубы 14 вблизи ее выходного конца. С целью обогрева эта труба расположена в нагрева.— тельном аппарате.

Рядом с выходом 16 трубы 14 находится воздухонепроницаемая выходная камера, конструкция которой аналогич,на конструкции входной камеры 3.

Вход 27 и выход 28 трубы оборудованы 40 скользящей дверкой. В положение открыто или закрыто дверка устанавливается с помощью регулятора б, связанного с дверками импульсными линиями 29 и 30 соответственно. 65

Выходную камеру 26 с регулятором

6 соедин яет вторая продувочная линия 31, независимо соединенная с емкостью 12 продувочного газа.

Под выходной камерой 28 находится сборник 32 превращенного в уголь веществ а.

Система удалени я образов авшегос я продукта в ключает теплообменник 33 с входом 34 и выходом 35 хладагента.

Теплообменник 33 содержит линию 36 для входа продукта, подсоединенную к трубе 22 и линию 37 для выхода продукта, подсоединенную ко входу в конденсатор 38 . Выход конденсатора через линию 39 соединен с выходом в емкость 40, в днище которой расположена дренирующая линия 41 с клапаном 42 для селективного дренирования из емкости жидких продуктов .

Вход вакуумной системы 43 присоединен к верхней части хранилища жидкости через линию 44, выход через линию 45 и клапан 46 — ко входу в газосборник 47, в верхней части Ко торого ръзмещена раз груэочная линия

48, оборудованная клапаном 49.

К днищу газосборника 47 присоеди— нена топливная линия 50 с клапаном

51, соединенная с газовой горелкой

17.

По описыв аемому способу исходный материал (уголь, дегтеносный песок или подобный углеродистый материал, измельченные резиновые шины, промышленные отходы иэ пластмасс, городской мусор их хранилища) по линии

1 загружают в бункер 2.

Автоматический регулятор на"троен таким образом, что когда выход 5 камеры 3 закрыт, вход 4 открыт и из— мерен на я доэ а ис ходно го матери ала попадает в камеру 3. Затем вход 4 закрывается и во входную амеру 3 по линии 9 подается доза -.родувочного газа, например азота, для вытесне— ния из входной камеры воздуха.

При закрытом входе 4 выход 5 из камеры 3 открыт. Материал поступает по входу 15 и проталкивается через трубу 14 с помощью транспортера 19.

Открытие и закрытие входа 4 и выхода 5 и продувка камеры 3 газом происходят за относительно короткие промежутки времени. В результате процесс происходит непрерывно.

Превращен ное в уголь вещество, оставшееся после удаления паров и газов поступает через выход 16 в выходную камеру 26 . При э а крытом выходе 28 вход 27 открыт, то позволяет дозе угля попасть в выходную камеру. Затем вход 58 закрывается, а выход 28 открыв аетс я ли я выгруз ки угля в сборник 32. Затем выход 28 закрыв аетс я, и при за крыт-.Ix в ходе и выходе в выходную кам ру 26 го линии 31 подают продувс .ный аз дл я вытеснения воздуха и-.- . ой камеры.

7 27152

5Ь

Затем открывают вход 27 для подачи в камеру ?á следующей дозы угля и все операции повторяются до выгрузки угля в сборник 32.

На фиг. 2 и 3 показана часть устройства, в котором вместо одной цилиндрической трубы 14 использованы цилиндрические детали 52 увеличенного диаметра, расположенные на одинаковом расстоянии и независимо одна от другой над одной газовой горелкой 17. Каждая 1Ь деталь 52 имеет вход 53 и выход 54.

В связи с. увеличенным диаметром цилиндрических деталей и необходимостью поддержания градиента примерно 6 С между наружной поверхностью трубы и ее центром каждая цилиндри15 ческая деталь оборудована полым валом, по которому циркулируют горячие гаэы, Каждый винтовой транспортер 55 имеет полый вал 56 с входным 57 и выходным 58 концами, Входной конец

57 выходит за пределы детали 52 и соединен с полой газоплотной втулкой 59, в которой он может вращаться.

Внутренняя часть втулки связана с 25 трубопроводом б О, присоединенным к насосу 61, вход которого .связан с внутренней частью нагревательного аппарата 13.

Выходной конец 58 вала соединен 3Ь с электродвигателем 20. Между электродвигателем и концом детали 52 выполнено большое количество отверстий 62 для выхода горячих газов.

На дырчатой концевой части вала З5

56 установлена втулка 63, внутренняя .часть которой соединена с трубопроводом 64, связанным с отверстием

65 в стенке нагревательного аппарата 13.

Таким образом, горячие газы, поступающие на вход насоса 61, поступают во внутреннюю часть вала 56 и передают тепло к центру массы, транспортируемой по цилиндрической детали 52, Выходящие иэ вала через отверстия 62 газы поступают затем в трубопровод 64 и возвращаются во внутреннюю часть аппарата 13.

При переработке каменного угля температура в аппарате 13 должна составлять не менее 538ФС и может быть выше 982аС Вакуум в трубе 14 должен составлять 50-180 мм рт.ст.

Время пребывания каменного угля в трубе 14 должно быть не меньше 55

15 мин.

Диаметр трубы 14 и скорость перемещения через нее каменного угля транспортером 19 должны быть такими, чтобы температура обрабатываемого угля достигла средней температуры трубы на определенном расстоянии . от конца трубы у выхода 15. Таким образом, происходит резкое увеличение температуры угля до 538 С за время его перемещения в трубе на этом расстоянии, что вызывает быстрый нагрев угля, который совместно с вакуумом в трубе обуславлив ает быстрое образование паров и газов из частиц угля, а вакуум заставляет

I их проходить ъерез измельченную, вращающуюся массу угля до того, как они смогут повторно полимеризоваться.

Небольшие количества переходных металлов э каменном угле (или другом у глистом материале), например железа, меди и никеля, или металлы трубы действуют как катализаторы. В результате полученны иэ воды в углистом материале пар восстанавливается до окиси металла и высокоактивного водорода. Водород соединяетс я со .свободным углеродом с образованием метана и высших гомологов метана.

При переработке, измельченных резиновых шин, промышленных отходов пластмасс или городского мусора температура в нагревательном аппарате

13 должна составлять не менее 510 С, (предпочтительно выше 815 С) в зависимости от требуемого состав а гаэ а.

Кроме того,;.вакуум в трубопроводе

14 должен составлять от 100 до

175 мм рт.ст. Диаметр трубы 14 и скорость перемещения через него материала транспортером 19 должны быть такими, чтобы температура перерабатываемого материала достигала средней температуры в трубе на определенном расстоянии от конца трубы у выхода 15.

Резкое увеличение температуры сов— местно с вакуумом обуславливает быстрое образование паров и газов из исходного сырья, вакуум позволяет отвести их от иэмельчаемой, вращающейся массы до того, как они смогут повторно полимериэоваться или конденсироваться на оставшемся твердом материале .

В результате переработки твердых веществ образуется уголь (угольное вещество) в виде небольших кусков либо в виде порошка, который не содер жит конденсированный углеводород и в основном состоит из высокоактивного углерода.

Высокоактивный уголь может быть использован для получения газообразного метана с помощью известных способов. Полученный предложенным способом уголь имеет высокую плотность, высокую пористость и высокую активность, поэтому он может быть использован в качестве исходного материала для получения активированного угля.

Пример 1. В качестве сырья используют уголь, имеющий следующий состав, вес.Ъ:

Влага 2

Летучие 38

Св яз анный углерод 50

727157

Зола 10

Сера 0,3 (переходные металлы, как часть эолы, 1,8Ъ)

Тонну исходного угля перерабатывают при 538 С и 101 мм рт.ст, (в этом примере и в последующих нагрев исходного сырья до температуры термообработки проводят со скоростью

4 08 0 C/ми н . ), Выход масла составляет 158 л, угольного вещества — 1,65 т, газа—

8,2 м

Полученный гаэ имеет следующий состав, об. Ъ. Н 2; СО 9; СН4 34;

СО 12; C Í 9; СЪН6 5; С4 и выше 6;.

Н О 8; И /О, 13;

Пример 2. B качестве сырья используют американский битуминозный уголь, имеющий следующий состав,вес,Ъ:

Влага 0,1

Летучие 29,0

Связанный углерод бб,б

Зола 4,4

Сера 0,32 (переходные мет аллы, как част ь золы, 1, 3Ъ) .

Тонну угля перерабатывают в реторте при 593вC и 127 мм рт.ст. Выход масла составляет 180, угольного вещества — 0,6 т, га-а — 71 м . Гаэ имеет следующий состав, об.Ъ. Н 5;

CO 9; СН4 45; СО 7; С1Нg 11;С Н8 б;

С ф (и высшие) б; Н10 4; N>/O 7, Пример 3. Опыт иллюстрирует влияние различных температур при использовании в качестве сырья американскогоо битуминоэно го угля . Вакуум составляет 101 мм рт.ст.

8 Р С4Б1с1

427

482

538

593

649

Верхний предел температур сОстав— ляет 649 С, так как при увеличении температуры происходит незначитель— ное увеличение выхода целевых углеводородов, а в диапазоне 8150С и

871оС начинается процесс крекирования масла с получением дегтя.

Пример 4 ° Опыт иллюстрирует влияние при сутстви я воздуха и/или кислорода в реакционном аппарате на количество получаемых иэ каменного угля при 538 С и 152 мм рт.ст. метана и его высших гомологов, Резуль— таты опыта приведены ниже.

Выход„об.Ъ

*5

: СО СО. H O СН4 C Hg С Н8 М„/О, 64 3 48 11 б 8 6 43 12 б б i3 8 20 5 4

5 12 3 7 2 1

2 7

3 44

4 70

П pим е = 5. В качестве сырья используют .!егтеносные пески .

Опыт I.p,>íîäI*.т при 538 С и 51 мм рт.ст. Из 45, 3 кг дегтеносного песка с выходом э расчете на тонну перерабатываемсго исходного материала, кг

Масло 90,6

Вода ) 3.6

Уголь 726,8

Газ » . .

Полученный =.àç содержи — об. Ъ

NP 20, 0; CG 1, 4; СО ° 11, 9; СН4 8 „2;

С1Н 4,5; С- Н8 5,. 2; C ..Ню 3,6, П р и м e p 6. 45, 3 кг дегтеносного песка перерабатываюк при 538 С и вакууме 76 мм рт.cò. При этсм получают в расчете на одну тонну исходного материала,. кг

Масло 104,2

Вода 13,6

Уголь 688.6 3

Газ 46,. 4 нм

Полученный газ содержит,. о . Ъ.

N- 29,4; СО 1,. 5. :СО 11,. 5;

CH 10,3; С Н 7,0; -31 а 6,-5;С4Н ю 4, Пример 7. H каче"= ве сырья используют городские о=хо ы, имеющие следующий химический соста-, вес Ъ:

Водород с

Углерод

Р.";oò

Кислород

Сера 0

Зол. а 6,0

Проц=cc проводят Ip;I 5 93 C:4 l 01, 152 мм рт.ст. (В рас ч;-ге на тонну исходного материала получают, к: ) .

Масла 3) 1

Вода 1 09

Угол ь,35

Газ 2 26 -:м

Твердый остаток представляе собой черный порошковый материал, до

Внешнему виду анало I ичный dMop 7IIÎ. -Гу углероду и состоящий в основнî :. I-1 связанного углерода и золы.

Полученный газ имеет следующий состав, об. Ъ, Водород 20; азо: 10; метан 21; окись углеро а 2; дну зк;". ь углерода 6; этан 1 0; эти "",åII 3;. пан и высшие у глев одорс1у.a-.. 26.

Пример ы 8 и 9. Влияние температуры на процесс получения газа.

7 При

Компон об.% имер

1 мер 9

35 15

Водород

12

А"= o=

Метан

Окись углерода

Двуокись у глерода

10

Этан

Этил ен

Пропан и высшие углеводороды 18

20

Пр и ме р ы 10 и 11. При 538 С и вакууме 101-152 мм рт.ст, перерабатывают две смеси полипропилена и полистирола и получают следующие газовые смеси, об.Ъ

Как данных

593 С мер 8) чество няться видно из приведенных ниже при изменении температуры от (пример 7), до 4 27 С (приили до 815ОС (пример 9) колиполучаемых газов может измев широких пределах:

В каждом опыте получают 4 2,5 нмз газ а (в расчете на тонну исходно го материала), 7 вес. Ъ масла.

Пример 12. Автомобильные резиновые шины, разрезанные на куски длиной 19 мм и толщиной 6 мм, перерабатывают при 538 С и вакууме

101 мм рт.ст.

В расчете на тонну исходного материала получают:

Легкое масло 357 л

Гаэ 54 нм углеподобное вещество 316 кг

При необходимости получения большего количества газа и меньшего количества мас-а и угля температуру поддерживают выше 538oC.Полученный уголь представляет собой порошковый материал типа сажи с теплотворной способностью "- 10810 ккал/кг.

Получен ный газ имеет следующий состав, сб. В. Водород 16; азот 17; окись углерода 4; метан 20; двуокись углерода 5 „этан 7; пропан и высшие углеводороды 28.

Пос кольку газ получен и э и спол ьзованных резиновых шин и содержит более 55Ъ низ комолекулярных углеводородов, он имеет более высокую теплотворность по сравнению с природным газом.

При этом получают следующие фракции масел с выходом, вес. Ъ:

HR 97 С j/О .150 190 С 9,9

0 265оC 8,1

265 375 С 31,0

Остаток 26,0

Формула иэо бретени я

Продукт

Пример

11,4

12,2

Азот

Окись угле— рода

1,3

1,0

Двуокись углерода

3,8

3,5

8,3

7,0

Метан

Этан

Пропан

Бутан

Водород

9,7

9,5

33,6

10,5

39,7

5>0

Способ переработки органических

40 материалов путем. термообработки исходного сырья при перемешивании, о тл и ч аю щи и с я тем, что, с целью повышения степени конверсии сырья, процесс проводят при перемещении исходного сырья по трубе при нагрев анин сырья до температуры термообработ ки со скоростью нагрев а

40 — 80 С/мин. и проведении термообработки при 427-815 С и давлении

50-180 мм рт.ст.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Tahesue Tomoyuki. Process

converts plastic waste into gasoline and kегоsine. Petroleum and

PetPochemica K International 1972, 12, Р 4, р. 36 — 38.

2. Processing for turning palastics

waste into fue8 чЛ developed "Look

Jap", 1972, 16, 9 190, р. 20 (прото- . ф(,) тип) .

727152

Фиа 2

Фие. Л

Составитель Н, Королева

Техред О. Легеза Корректор М. Шароши

Редактор Л. Утехина

Тираж 545 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 703/46

<1нлнал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,4