Спосіб і пристрій для безперервного розкладання відходів полімерних матеріалів

1. Спосіб безперервного розкладання відходів у формі шинних відходів, відходів пластичних полімерів і гуми і сумішей таких відходів і перетворення їх у цінні хімікати і/або палива, який включає: - подрібнення зазначених відходів; - завантаження реактора подрібненими відходами; - нагрівання подрібнених відходів у реакторі до температури їх розкладання, але не вище 850 °С, при атмосферному тиску з утворенням реакційної суміші; - введення у зазначену реакційну суміш рідких сполук, що містять оксиген, і атмосферного повітря, коли зазначені відходи досягають температури розкладання, для щонайменше часткового окислення зазначених відходів; - використання тепла, створюваного зазначеною реакцією окислення, для щонайменше часткового підтримання реакції окислення у зазначеному реакторі і - використання води, утворюваної у зазначеній реакції окислення, для запобігання відкладання карбону на поверхні усередині реактора, і де час перебування в реакторі становить від 3 до 25 хвилин, а співвідношення волюметричної норми витрати рідкої сполуки, що містить оксиген, до масової норми витрати відходів знаходиться в інтервалі від 0,005 до 0,1. 2 (19) 1 3 94218 4 - подачу цих відходів гвинтовим конвеєром у безперервному потоці у трубчастий або кільцевий реактор; - нагрівання зазначеного реактора до температури початку розкладання зазначених відходів; - введення повітря у єдиному потоці із зазначеним безперервним потоком відходів або у протитоку до цього потоку відходів; - введення рідкої оксигеновмісної сполуки у зазначений реактор і - одержання газоподібних і рідких продуктів з зазначеного реактора. 14. Спосіб за п. 1, в якому температура розкладання становить менше, ніж 650 °С, час перебування у реакторі становить від 5 до 20 хвилин, і співвідношення волюметричної норми витрати рідкої сполуки, що містить оксиген, до масової норми витрати відходів знаходиться в інтервалі від 0,005 до 0,05. 15. Пристрій для безперервного розкладання відходів у формі шинних відходів, відходів пластичних полімерів і гуми і сумішей таких відходів і перетворення їх у цінні хімікати і/або палива, який має у складі: - реакторний засіб з гнучким гвинтовим конвеєром або роторним гвинтовим пристроєм для транспортування відходів в постійному режимі через реак тор зі швидкістю, що забезпечує час перебування в ньому від 3 до 25 хвилин, - систему подачі відходів, зв’язану з реактором, для подачі відходів у реактор, - систему подачі атмосферного повітря, зв’язану з реактором, для подачі атмосферного повітря у реактор, - нагрівальний пристрій для нагрівання відходів під час їх перебування у реакторі до температури їх розкладання, але не вище 850 °С, при атмосферному тиску з утворенням реакційної суміші, - систему подачі рідкої оксигеновмісної сполуки, зв’язану з реактором, для подачі рідкої оксигеновмісної сполуки у реакційну суміш для щонайменше часткового окислення зазначених відходів та забезпечення використання тепла, створюваного зазначеною реакцією окислення, для щонайменше часткового підтримання реакції окислення у зазначеному реакторі, і - випуский отвір у згаданому реакторі для вивантажування зазначених цінних хімікатів і/або палива. 16. Пристрій за п. 14, який відрізняється тим, що зазначений реакторний засіб має трубчасту реакційну зону. 17. Пристрій за п. 14, який відрізняється тим, що зазначений реакторний засіб має кільцеву реакційну зону. Ця заявка має права попередньої заявки 60/848 629 від 29/09/2006, яка знаходиться на сумісному розгляді і включена у даний документ посиланням. Винахід стосується переробки відходів шин, відходів пластмас і гуми і/або інших полімерних матеріалів у цінні хімікати і/або палива. У сьогоднішньому світі відходи полімерних матеріалів, особливо використаних і викинутих автомобільних шин у розвинених країнах створюють серйозні екологічні і економічні проблеми. Лише у США у відкритих місцях накопичилось більше 3 млрд. шинних відходів, причому щонайменше одне місце має 30 млн. шин ("Markets for Scrap Tires", Агентство США з захисту довкілля, Відділ шинних відходів, 1991). Сміттєві звалища, заповнені шинами викликають відразу і піддають ґрунт і атмосферу небезпечному забрудненню. Є і інші аспекти, що викликають тривогу громадськості і пов'язані з звалищами, що містіть шинні відходи. Вони включають: (і) Небезпека пожеж На звалищах шин часто трапляються пожежі, які часто тривають місяцями, створюючи їдких дим і залишаючи небезпечні масляні залишки. (іі) Висока вартість викидання використаних шин на звалища. Плата за вивезення шин постійно зростає, наприклад, у регіоні Лос-Анджелеса у 2007р. зросла приблизно на 10% порівняно з 2006р. і становить $66,9 за тону (ііі) Розплідник для комарів Великі звалища водонепроникних шин утримують воду і створюють дуже сприятливі і тривалі умови для розвитку личинок комарів, з яких виростають комарі, здатні переносити небезпечні хвороби. (iv) Брак землі і більш жорсткі правила землевикористання Стає все більш важчим отримання землі під нові звалища і під розширення існуючих. Для вирішення проблем, пов'язаних з накопиченням шинних відходів, ці відходи необхідно рециклювати або використовувати повторно. Одним з варіантів рециклювання є хімічне розкладання шин, під час якого можна отримати цінні продукти. З хімічної точки зору шина є полімерним композитом, зміцненим полімерними волокнами і сталевим кордом. Слід відзначити, що вимоги до складу шин є різними у різних виробників і залежать від типу транспортного засобу або інших машин, для яких призначено шини. Приклади найпоширеніших інгредієнтів наведено у табл. 1. 5 94218 6 Таблиця 1 Приклади складів * Основна сполука складу Гума Наповнювач Зміцнюючий корд Компаундні інгредієнти Вулканізатори Прискорювач вулканізації Промотер Антиоксидант Пом'якшувач Головні інгредієнти Природна гума Синтетична гума Газова сажа Кварц Текстиль (віскоза, поліаміди, напри-нейлон, поліестер, волокна арару тощо.) Сталевий корд і голий дріт Сульфур, органічні сполуки Тіазольні прискорювачі Оксид цинку, стеаринова кислота Аміни, фенольні сполуки, віски Петролейне масло, ароматичне масло % за масою 49.8% 27.7% 22.1% 26.1% 4.1% 14.1% 5.9% *Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5-те електронне видання Слід відзначити, що сучасні матеріали шин містять майже всі типи полімерних сполук, які є в інших пластмасових відходах. Згідно з табл. 1, винахід стосується способів обробки, придатних для будь-як пластмасових і гумових відходів, а також інших полімерних матеріалів. Зрозуміло, що терміни "шини або відходи/використані/зношені/викинуті/старі /відходи шин" тощо є синонімами і стосуються утилізації/рециклювання/розкладання/ обробки шинних відходів і інших полімерних/пластичних/гумових відходів. Слід відзначити, що розкладання шинних відходів у безперервному режимі є значно більш складним, ніж безперервна обробка інших полімерних відходів, внаслідок наявності значної кількості карбону (і сталі), і вони не можуть бути повністю перетворені у газоподібні або рідкі продукти і тому їх необхідно постійно видаляти з розкладального реактора. Процеси розкладання шинних відходів, згадані в існуючих патентах і науковій літературі, можуть бути розділені на такі класи: піроліз, газифікація і розкладання. Слід зауважити, що реакційні механізми в усіх цих процесах мають спільні риси і тому наведена класифікація є у певній мірі умовною. Звичайно піролізом є процес в якому органічні речовини відновлюються або розщеплюються піддаванням матеріалу нагріванню без оксигену. Піролітичні реакції е ендотермічними, тобто потребують надходження тепла у реактор. Взагалі піролітичні процеси можуть розкладати шинні відходи на три потоки продуктів: рідина, газ і вугілля. У патенті США 5821396 описано процес піролізу шин у роторному реакторі в атмосфері інертного газу при 435-500°С. Однак, цей метод має певні вади, а саме складну конструкцію обладнання і реактора і режим обробки партіями, який потребує періодичних охолоджень і нагрівань реактора. Ця система, крім того, потребує вакууму і потім стисканню інертним газом після кожного заванта ження. Обробка партіями потребує незручного обладнання, не зовсім придатного для промислового застосування. Газифікаційні процеси включають дуже складні реакції, що проходять під час часткового згоряння (або окислення) шинних відходів, з одночасним розщепленням органічних молекул. Газифікація відбувається при значно вищій температурі, ніж процес піролізу і не потребує постачання тепла. Продукти газифікації, є газоподібними і використовуються для створення тепла. У німецькому патенті DE 10051246, російському патенті 2186295 і патенті США 6321666 описано типовий газифікаційний процес, який проводять при високій температурі до 1400°С. Технічним об'єктом цього рішення є отримання тепла спалюванням шин. Газифікаційний вузол потребує дуже великого резервуару, що працює у пакетному режимі. Взагалі газифікаційний процес потребує жорсткого зв'язку з теплогенеруючими пристроями, встановленими у тому ж місці, або газифікаційна установка має бути обладнана станцією зрідження для зберігання і транспортування газу. Розкладання шинних відходів є процесом, схожим на піроліз і відбувається у рідкому середовищі, в яке занурюють порізані шини. Для запобігання випарюванню цього рідкого середовища процес проводять під високим тиском. У патенті W02004094562, заявці на патент ЕР 1632546 і російському патенті RU 2220986 описано спосіб руйнування гумових відходів. Процес проводять при 280-435°С і тиску 29-60 в органічному розчиннику, який може бути екстрагований з рідкого продукту і повернутий у процес. Рідкі, газоподібні і тверді сполуки, отримані у такий спосіб, мають майже ідентичні хімічні властивості і масовий вміст, як при піролізі при такій же температурі. На жаль у цьому описі не зазначено часу реакції. З практики відомо, що час перебування ста 7 новить приблизно 1 год. при обробці партіями. Хоча в описі згадано реактор, що працює у безперервному режим, ця частина опису не була підтверджена експериментально. Як технічна ілюстрація в описі наведено експерименти з пакетним режимом. Комерційне застосування існуючих рішень пов'язане з багатьма технічними труднощами, зокрема при застосуванні безперервного процесу і реакторі під високим тиском, наприклад, з такими, як: (а) подача великих порізаних шин, (b) видалення твердих продуктів (вугілля) з реактора і (с) виведення залишкової рідини з цих твердих пористих продуктів. Навіть при вирішенні цих проблем конструкція промислової установки буде дуже складною і незручною. Взагалі ж вирішення цих проблем потребуватиме високих капітальних і експлуатаційних витрат. Отже, не існує реальних технічних рішень, придатних для широкого промислового застосування. Незважаючи на те, що сполуки, отримані з шинних відходів ідентичними отриманим з сирої нафти і можуть бути використані для рециклювання цінних хімікатів і генерування енергії, описані існуючі процеси не можуть конкурувати з операціями нафтопереробки при сьогоднішніх цінах. Заявникам не відомі будь-які приклади успішно працюючих промислових виробництв. Вважають, що проблеми, пов'язані з промисловими операціями полягають у складності і незручності реактора, відкладанні карбону на внутрішніх поверхнях реактора, яке суттєво погіршує теплопередачу, потребі у складних системах завантаження, вивантаження і транспортування, а у випадку шинних відходів у високій вартості подальшого видобування карбону. Всі ці фактори зумовлюють високі інвестиційні і операційні витрати. Задачею винаходу є створення порівняно простого способу і пристрою для безперервного виробництва цінних хімічних сполук, які можуть бути використані як сировина для отримання хімікатів, пластичних мономерів і добавок, транспортних палив тощо, або як джерело енергії для промислового і побутового споживання. У розкладанні шинних відходів існує чітка залежність між температурою реакції, часом перебування і якістю і кількістю газу і рідких продуктів (а також чистотою залишкового вугілля). Чим вищою є температура, тим інтенсивніше розриваються зв'язки у молекулах, забезпечуючи отримання низькомолекулярних продуктів і газів. З іншого боку, зниження часу реакції при високій температурі веде до припинення подальшого розкладання молекул і тому може бути отримана значна частина високомолекулярних рідких продуктів. Отже, згідно з винаходом обрання температури процесу визначається компромісом між бажаним набором продуктів і часом реакції (тобто розмірами реактора). З практичної точки зору бажано мінімізувати час перебування або, іншими словами, використовувати найменші можливі реактори. Винахід стосується способу безперервного розкладання відходів у формі шинних відходів, відходів пластичних полімерів і гуми і сумішей таких відходів і перетворення їх у цінні хімікати і/або па 94218 8 лива, який включає подрібнення зазначених відходів, завантаження реактора подрібненими відходами, нагрівання подрібнених відходів у реакторі при атмосферному тиску до температури розкладання відходів для формування реакційної суміші, введення у зазначену реакційну суміш рідких сполук, що містять оксиген і атмосферне повітря, коли зазначені відходи досягають температури розкладання, для щонайменше часткового окислення зазначених відходів, використання тепла, що створюється зазначеною реакцією окислення, для щонайменше часткового підтримання реакції окислення у зазначеному реакторі і використання води, що утворюється у зазначеній реакції окислення для відвертання відкладання карбону на поверхні усередині реактора. Згідно з способом винаходу, вихідний подрібнений матеріал відходів, рідкі сполуки, що містять оксиген і атмосферне повітря можна вводити у реактор єдиним потоком. В іншому варіанті вихідний подрібнений матеріал відходів можна вводити у реактор проти потоку рідких сполук, що містять оксиген і атмосферне повітря. Тепло, необхідне для реакції, можна подавати через зовнішню стінку зазначеного реактора або отримувати від коаксіального нагрівача. Крім того, тепло для початку і продовження реакції розкладання можна подавати газовим контуром у реактор, де цей газ перед тим був нагрітий. Зокрема, спосіб винаходу реалізують під атмосферним тиском безперервним завантаженням подрібнених відходів у бункер живлення, який подає відходи гвинтовим конвеєром безперервним потоком у трубчастий або кільцевий реактор, нагріванням зазначеного реактора до температури початку розкладання зазначених відходів, введенням атмосферного повітря за потоком або протитоком у зазначений безперервний потік відходів, введенням рідких оксигеновмісних сполук у зазначений реактор і видаленням газоподібних і рідких продуктів з зазначеного реактора. Розкладання високомолекулярних сполук в ендотермічному процесі вимагає безперервної подачі енергії. Це потребує постійної передачі тепла у реакційну зону для розщеплення полімерних сполук. Як можна бачити з опису, подача тепла, необхідного для реакції, може бути реалізована двома різними способами, які за необхідності можна комбінувати: (І) постачанням тепла, генерованого поза реактором і (II) отримання енергії усередині реактора через окислювальні реакції. Далі розглядаються обидва способи. (І) Тепло, потрібне для реакції генерується поза реакційною зоною. У цьому варіанті тепло передається у реактор теплообміном через поверхні системи нагрівання навколо реактора і/або від коаксіального нагрівача. Можна також постачати тепло через контур, приєднаний до реактора, в якому циркулює попередньо нагрітий газ. Енергія для теплопередачі може бути отримана використанням частини газоподібних і рідких продуктів, отриманих у процесі; наприклад, елект 9 ричним струмом (генерованим згорянням), прямим згорянням у системі нагрівання або використанням гарячих відпрацьованих газів. Зазначені способи можуть бути застосовані окремо і у будь-яких можливих комбінаціях, які розглядаються нижче. Слід відзначити, що у випадку (I) тепло не утворюється у реакторі, а подається у нього ззовні. Щоб відвернути (або знизити) втрати енергії, реактор має бути ретельно ізольований термоізоляцією. (II) Тепло, необхідне для реакції, утворюється у реакторі окислюванням. У цьому варіанті використовується потік 12 (див. фіг.) атмосферного повітря. Подача атмосферного повітря дозволяє вирішити декілька проблем: (і) повітря забезпечує не лише енергію, необхідну для реакції, але й (іі) забезпечує кращу масо- і теплопередачу у реакторі, (ііі) повітря захищає бункер (5) живлення, що містить подрібнені шинні відходи, від контакту з реакційними газами, коли реактор працює у режимі єдиного потоку (фіг.1,3) і забезпечує додаткове очищення залишку вугілля від продуктів реакції, що конденсуються у порах, якщо реактор працює у режимі протитоку. Слід також відзначити, що вода, що утворюється окисленням, перешкоджає осадженню карбону на стінках реактора, що створює суттєву проблему у звичайних промислових процесах. Теоретично і практично можна провести процес таким чином, що вся енергія, потрібна для реакції, може бути отримана виключно окисленням. Такий режим називають "аутотермальним", і згідно з цим, він відповідає повному генеруванню тепла. У лабораторних експериментах на пілотному обладнанні заявники не отримали і не намагались отримати такого аутотермального режиму тобто повного генерування тепла. Оскільки тепло, що створюється окисленням не є достатнім для реакції, ці експериментальні реактори були обладнані електричною системою (дротовою обмоткою навколо реактора). Кільцевий реактор обладнують коаксіальним електричним нагрівачем усередині. Коли подрібнені частки шинних відходів потрапляють у реакторний вузол, їх спочатку треба нагріти до температури 250-300°С, при якій починається процес розкладання. Під час проходження часток шин через реактор, що працює при підвищених температурах, температура зростає від найнижчого рівня на вході у реактор, куди надходять подрібнені шини при низькій температурі з бункера живлення. При проходженні через реактор температура часток шини поступово нагріваються. Залежно від властивостей і природи відходів процес розкладання починається при температурі 250-300°С, яка створюється у реакторі. Така температура є не достатньою для повної і швидкої екстракції всіх цінних сполук, наявних у шинах. Отже, бажаним є підвищення температури до 850°С. Обрання температури залежить від бажаної якості рідких і газоподібних продуктів, а також від розмірів реактора. Слід брати до уваги, що температура не може бути занадто високою з огляду на механічну і хімі 94218 10 чну стабільність матеріалів, що звичайно використовуються для виготовлення реактора. Тепло витрачається на розщеплення молекул і часткове випарювання утворених рідких сполук, а також на внутрішню масопередачу розкладених речовин з пористих мас залишкового вугілля. З точки зору теплопередачі більш бажаними є дрібні частки шин. Однак, отримання менших часток шин потребує більших витрат на їх подрібнення. У лабораторії на експериментальних реакторах розміри часток шин становили 8-12 мм, хоча припустимим є використання часток інших розмірів. Існують два конкуруючих фактори, які впливають на вибір розмірів часток подрібнених шин: технологічні і економічні. З технологічної точки зору бажаними є менші частки, оскільки їх легше нагрівати. Крім того, видалення сталевих включень (корду і голого дроту) перед обробкою у реакторі є значно простішим, якщо розміри часток шини є малими. З іншого боку менші частки потребують більших витрат на їх приготування. У принципі це не є важкою обробка часток розміром, наприклад, від 1 мм до 30 мм. Розмір часток не грає суттєвої ролі і може бути визначений залежно від потрібного виходу на місці і варіантів, що пропонуються виробниками подрібнювачів і металосепараторів. Згідно з винаходом, термін "подрібнений" стосується часток розміром менше 50 мм, бажано від 1 мм до 30 мм. Згідно з винаходом, щоб відвернути побічні реакції і подальше розкладання рідких і газоподібних продуктів, ці продукти гасять поза реактором охолодженням, що супроводжується одночасною конденсацією низькомолекулярних сполук, які в умовах реакції перебувають у газоподібному стані. Конденсація може бути здійснена таким чином, що рідкі фракції бажаної температури постійно відбираються. Взагалі спосіб винаходу дозволяє вугіллю, що не містить або має низький вміст органіки, покинути реактор. Це дозволяє отримати карбонову сажу достатньої якості для продажу або для подальшої обробки. В існуючих системах, наприклад, у процесах піролізу, тепло, потрібне для реакції звичайно постачають у реакційну зону через стінку реактора. Вся енергія генерується назовні реактора спалюванням газоподібних продуктів, утворених при піролізі. Така теплопередача через поверхні має суттєві вади при практичній реалізації. Вона не є ефективною, оскільки супроводжується втратами енергії і потребує періодичного чищення теплообмінних поверхонь. На відміну від звичайних процесів піролізу і розщеплення у винаході використано часткове (або повне) генерування тепла усередині реактора частковим окисленням реакційної суміші повітрям. Як уже відзначалось, тепло, потрібне для реакції може бути повністю або частково забезпечене реакцією окислення, під час якої оксиген атмосферного повітря реагує з органічними сполуками у реакторі. Якщо кількість отриманого тепла покриває потребу для реакції, такий режим називають "аутотермальним", якщо ж ні - режимом "частково 11 го окислення", тобто реакція окислення забезпечує лише частину енергії, потрібної для процесу. У принципі можна оцінити процент часткового окислення, наприклад, 25% відповідає ситуації, коли 25% тепла виробляється окисленням, а решта постачається до реактора теплопередачею ззовні. Якщо кількість генерованого тепла не є достатньою для аутотермальної операції, додаткове тепло може бути передане через теплообмінні поверхні або газовим потоком, рецикльованим через реактор і нагрітим поза реактором. На відміну від існуючих рішень, в яких що частину утворених газоподібних продуктів відбирають з реактора для нагрівання процесу спалюванням назовні, у винаході ця частина газу частково або повністю перетворюється у тепло у реакторі. Вода, що утворюється під час окислення перешкоджає відкладанню карбону на поверхнях усередині реактора. Крім того, вода сприяє розкладанню, зменшуючи час перебування і, як результат, уможливлює використання реактора малих розмірів. Згідно з винаходом, для сприяння цій дії воду або інші оксигеновмісні сполуки, або їх суміш вводять у реактор. Слід відзначити, що введення оксигену у реактор спрощує всю установку, оскільки зникає необхідність у спеціальних заходах для обережної герметизації реакторного вузла. Згідно з винаходом, реактор розкладання має дуже просту конструкцію трубчастої або кільцевої форми при порівняно невеликому об'ємі. Тепло для реакції (якщо тепло, утворене окислення не є достатнім для процесу) і для початку операцій може бути забезпечене трьома втіленнями, наведеними нижче, окремо або у комбінаціях, а саме: (1) тепловим кожухом або електричним дротом, укладеним навколо реактора; (2) нерухомим нагрівачем, встановленим по осі усередині реактора; і (3) газовим потоком, що циркулює через реактор і нагрівається поза реактором. Спосіб забезпечення тепла не є критичним або суттєвим для винаходу. Це можна реалізувати будь-якими засобами, включаючи електрику, проведення гарячого газового потоку через тепловий кожух, осьовий нагрівач і теплообмін з застосуванням газового контуру. Можна також запровадити спалювання газоподібних або рідких продуктів безпосередньо у згаданих вище пристроях. Як паливо для нагрівання може бути використана частина газоподібних або рідких продуктів, утворених у реакції згідно з винаходом. У винаході для завантаження і транспортування подрібнених шин через реактор і подальшого вивантаження залишкового твердого вугілля використовується гнучкий гвинтовий конвеєр або пересувний роторний гвинт. Тут терміни "гнучкий гвинтовий конвеєр" або "гнучкий роторний гвинт" стосуються гнучкої спіралі або гвинта, виготовлених з порівняно жорсткого дроту або металевої стрічки. Цей пристрій призначений для транспортування подрібнених шин через весь реактор і для постійного чищення фільтру 4 і поверхні реактора. У реакторі він не має фіксованих механічних з'єднань приєднаний муфтою лише до валу мотору. 94218 12 Конвеєр має достатній проміжок між нерухомою стінкою реактора (і коаксіального нагрівача). Конвеєр/гвинт є відносно гнучким, вільно закріпленим пристроєм з можливістю "гри" в об'ємі реактора. Таке гнучке втілення дозволяє легко усувати будьякі можливі блокування частками гуми, які часто трапляються внаслідок дуже високого гальмуючого тертя. Отже, гнучкий гвинтовий конвеєр або роторний гвинт є гнучким спіральним/гвинтовим гвинтовим конвеєром, а гнучкий роторний гвинт забезпечує транспортування подрібнених шинних відходів у кільцевому реакторі. Крім того, така система транспортування забезпечує негайне очищення будьякого карбонового відкладання на внутрішніх поверхнях реактора, якщо вони виникають. Оскільки у процесі реакції утворюються потоки, які можуть містити певні рідини, реактор монтують у нахиленому положенні і забезпечують вихідним отвором у нижній частині, через який відводять рідкі і газоподібні продукти. Цей вихідний отвір має фільтр для відділення залишкових твердих часток від газового і рідинного потоків. Тверді залишки відводяться гвинтовим конвеєром або роторним гвинт від рідин у вихідному отворі і спрямовуються до збирального бункера на кінці реактора. Якість і співвідношення рідких і газоподібних продуктів, що отримують згідно з винаходом, не дуже відрізняються від тих, що отримують у процесі піролізу або розщеплення, причому остаточне вугілля має менший вміст органічних сполук і може мати велику повну площу поверхні завдяки пористій структурі. Важливим є те, що спосіб винаходу застосовує просте масштабування процедур, що дозволяє використовувати промислові реактори будь-якого розміру. Далі наведено опис винаходу з посиланнями на креслення, в яких: фіг.1 - схема процесу згідно з винаходом для режиму єдиного потоку у трубчастому реакторі. Система нагрівання навколо реактора не показана, фіг.2 - схема процесу згідно з винаходом для режиму протитоку у трубчастому реакторі. Система нагрівання навколо реактора не показана, фіг.3 - схема процесу згідно з винаходом для режиму єдиного потоку у кільцевому реакторі. Система нагрівання навколо реактора не показана, фіг.4 - схема процесу згідно з винаходом для режиму протитоку у кільцевому реакторі. Система нагрівання навколо реактора не показана, фіг.5а, 5b і 5с - схеми процесу винаходу у трубчастих або кільцевих реакторах з фіг.1-4, обладнаних газовим контуром. Нагрівання здійснюється гарячим відпрацьованим газом (фіг.5а) або прямим спалюванням газоподібних або рідких продуктів у вільному об'ємі теплообмінника (фіг.5b), або прямим спалюванням газоподібних або рідких продуктів в об'ємі контуру (фіг.5с), фіг.6а, 6b і 6с - схема конструкції коаксіального нагрівача. Фіг.6а відповідає нагріванню гарячим відпрацьованим газом, фіг.6b - прямому спалю 13 ванню газоподібних або рідких продуктів і фіг.6с нагріванню електричним струмом. Позначення на фіг.1-6: 1 - реактор; 2 - гнучкий гвинтовий конвеєр або роторний гвинт; 3 - вихідний отвір реактора для газоподібних і рідких продуктів; 4 - фільтр вихідному отворі реактора; очищається гвинтовим конвеєром або роторним гвинтом; 5 - бункер живлення подрібнених шинних відходів; 6 - бункер для остаточного вугілля; 7 - коаксіальний нагрівач; 8 - підшипник; 9 - газовий або рідинний пальник; 10 - (фракційний) конденсатор 11 - завантаження подрібнених шинних відходів; 12 - подача повітря для обробки; 13 - подача рідких оксигеновмісних сполук; 14 - очищення повітрям/нітрогеном; 20 - газоподібні і рідкі продукти, утворені у процесі; 21 - рідкі продукти; 22 - газоподібні продукти; 23 - остаточне вугілля; 30 - гарячий відпрацьований газ; 31 - газоподібне або рідке паливо (отримане у процес) для пальників 9; 32 - вихід відпрацьованих газів; 100 - контур наддуву; 101 - теплообмінник і/або кожух навколо труб контуру; 102 - камера згоряння. Розкладання за способом винаходу передбачає безперервну обробку шинних відходів у цінні хімічні продукти і/або палива при температурах нижче 850°С і атмосферному тиску у присутності джерела оксигену. Згідно з фіг.1-4, заздалегідь подрібнені шинні відходи 11 з частками розміром 1-30 мм (бажано 4-15 мм) безперервно подаються у бункер 5 живлення, де рівень подрібнених відрізків утримується постійним. Частки шин можуть включати фрагменти сталевого корду і голого дроту або ці фрагменти можуть бути видалені з подрібнених шинних відходів заздалегідь, наприклад, добре відомою магнітною сепарацією (для часток розміром менше 15 мм). Гнучкий гвинтовий конвеєр або роторний гвинт 2 захоплює подрібнені шини у бункері 5 живлення і подають їх у реактор 1. Реактор 1 (фіг.1 і 2) є реактором трубчастого типу і має бути обладнаний нагрівальним пристроєм на зовнішній стінці реактора (не показаним). Реактор 1 (фіг.3 і 4) є реактором кільцевого типу, має коаксіальний нагрівач 7 і, як варіант, може бути обладнаний нагрівальним пристроєм на зовнішній стінці реактора. Призначенням нагрівального пристрою і коаксіального нагрівача 7 є постачання тепла для початку операцій і/або реакції, якщо тепла, утвореного частковим окисленням, не достатньо для створення необхідної для процесу температури. 94218 14 Ця теплопередача може бути реалізована будьякими описаними вище засобами. Процес у реакторі 1 проходить при температурі нижче 850°С, бажано, нижче 650°С. Верхня межа температури процесу є не обмеженою, однак, з точки зору наявності необхідних матеріалів і їх хімічної і механічної стабільності, вона має бути нижче 850°С. Необхідна температура у реакторі 1 забезпечується окисленням газів, що утворюються у процесі, повітрям 12 і нагріванням через зовнішню стінку реактора, або коаксіальним нагрівачем 7. Заявники обладнали експериментальні вузли обчислювальними засобами моніторингу постачання енергії електричним струмом з системою контролю для підтримання постійної температури у деяких обраних місцях реактора. Це дозволило встановити потрібну температуру і виміряти температурний профіль уздовж всього реактора. Експериментами без повітря і подачі шинних відходів можна визначити, скільки енергії втрачається при даній температур через розсіяння теплу у довкілля. Подаючи подрібнені шини без подачі повітря, можна визначити кількість енергії, потрібної для процесу розкладання з урахуванням втрат тепла. Після початку подачі повітря потреба в електричній енергії зменшується завдяки утворенню тепла окисленням. Заявники проводили експерименти в умовах подачі повітря, недостатньої для повного генерування тепла. Такий режим є режимом "часткового окислення", тобто таким, при якому тепло, що утворюється окисленням, лише частково покриває потребу енергії для реакції. Таким чином, був описаний контроль температури (тобто отримання тепла). Якщо тепло, утворене окисленням, є достатнім для проходження реакції, необхідна температура у реакторі підтримується постійною регулюванням об'ємного або масового потоку повітря, що подається у реактор. У випадку часткового окислення температура контролюється через рівень нагрівання системою нагрівання, встановленою навколо реактора, коаксіальним нагрівачем і/або циркулюючим газом у контурі. Всі ці способи контролю температури є добре відомими у різних галузях промисловості, наприклад, у хімічному виробництві. Рідкі оксигеновмісні сполуки 13 (фіг.1, 3) подаються у реактор 1 після того, як шинні відходи виходять з бункера 5 живлення. Реактор 1 має вихідний отвір 3 для газоподібних і рідких продуктів з фільтром 4, встановленим у цьому вихідному отворі або поблизу. Фільтр можна очищати гвинтовим конвеєром/роторним гвинтом. Газоподібні і рідкі продукти 20 проходять до (фракційного) конденсатора 10 для відбирання рідких продуктів 21 і газоподібних продуктів 22. Бункер 6 призначено для збирання остаточного вугілля 23 і подальшого відбирання. У режимі протитоку (фіг.2 і 4) повітря для обробки 12 подається у бункер 6, а рідкі оксигеновмісні сполуки 13 подаються у реактор поза бункером 6. Повітря/нітроген для очищення 14 подається у бункер 5 живлення. 15 У втіленні, ілюстрованому фіг.3 і 4 кільцевий реактор 1 має коаксіальний нагрівач 7. Гвинтовий конвеєр або роторний гвинт 2 встановлено у підшипнику 8 у бункері 5 живлення. Гарячий відпрацьований газ 30 або газоподібне або рідке паливо 31, утворені у процесі, з печі 9 (фіг.6а) подаються в аксіальний реактор з вихідним отвором 32 для відпрацьованих газів. Фіг.6а, 6b і 6с ілюструють можливі варіанти засобів подачі енергії до коаксіального нагрівача 7, які включають нагрівання гарячим відпрацьованим газом 30 (Фіг.6а), спалювання продуктів 31 процесу (фіг.6b) або електричним струмом, генерованим з використанням продуктів процесу (фіг.6с). Для поліпшення процесу розкладання згідно з винаходом подрібнені шинні відходи піддають дії потоку 13 рідини, яка містить джерело оксигену, а саме, оксигеновмісні сполуки, наприклад, один або більше кетонів (наприклад, ацетон), спирти (наприклад, метанол, етанол), етери, поліетан, пероксиди, епоксиди, похідні фурану, воду тощо або їх суміші. Ця рідка суміш 13 з оксигеновмісними сполуками подається засобом живлення (не показаним). Оскільки спосіб згідно з винаходом реалізується при атмосферному тиску, для подавання рідини 13 у реактор 1 можуть бути застосовані будь-які відомі технічні способи і пристрої. Рідину бажано подавати помпою. В іншому втіленні винаходу рідину подають з резервуару під підвищеним тиском або з резервуару, розташованого вище рівня реактора. В іншому варіанті рідину (якщо вона є лише водою без інших сполук) отримують з водопроводу або з локальної системи водопостачання. У будьякому випадку потік рідини бажано регулювати за допомогою контролера масового потоку, ротаметра тощо. Можна також застосувати калібровану помпу (з дозуванням). Під час проходження подрібнених шинних відходів через реактор 1 високомолекулярні сполуки перетворюються у рідкі і газоподібні речовини. Оскільки реактор 1 знаходиться у нахиленому положенні, це полегшує виведення рідини, якщо температура не перевищує 400-600°С. Продукти, утворені при розкладанні, виводяться через вихідний отвір 3 у нижній частині реакторі 1. Необхідно брати до уваги, що температура у реакторі у повздовжньому напрямку не є постійною і є найнижчою на вході у реактор (25-70°С) і найбільшою у певному місці усередині реактора. Коли згадується температура процесу (наприклад, у табл. 2) мається на увазі максимальна температура у реакторі. Окрім численних хімічних реакцій у реакції відбуваються дуже складні фізичні процеси. У найгарячішій частині реактора продукти реакції, включаючи рідини, можуть знаходитись у повністю або частково газоподібному/пароподібному стані. Вна 94218 16 слідок різниці температур у реакторі пари завжди проходять до частини з нижчою температурою, де вони можуть конденсуватись. У вихідному отворі 3 для газоподібних і рідких продуктів реактора вони частково зріджуються внаслідок охолодження у конденсаторі 10. Продукти 20 реакції 20 охолоджуються у конденсаторі 10. Газ 22 і рідина 21 з конденсатора 10 можуть бути використані для генерування тепла для процесу і спалені для технологічних потреб на місці або використані для отримання електроенергії. Може бути запроваджена безперервна фракційна дистиляція потоку 20 продуктів для отримання рідких продуктів з бажаними властивостями. Аналіз показує, що рідкі продукти можуть бути порівняні з сирою нафтою дуже високої якості (без асфальтенів) або з потоками очищеної нафти після атмосферної дистиляції. Газоподібними продуктами є гідроген, моноксид карбону, метан, етан, пропан та інші газоподібні гідрокарбони. Отже, кінцеві продукти можна розглядати не лише як енергоносії для спалювання, але й як цінну сировину для хімічного синтезу. Фільтр 4 у вихідному отворі 3 здійснює попередню сепарацію продуктів потоку 20 від часток вугілля. Положення фільтру 4 дозволяє очищати його гнучким гвинтовим конвеєром або роторним гвинтом 2. Пройшовши через останню частину реактора 1, остаточне вугілля 23 вивантажується у бункер 6, з якого його відбирають для подальшої обробки. Якщо сталевий корд і голий дріт не були видалені при завантаженні шинних відходів 11, вони можуть бути видалені з вугілля, наприклад, магнітною сепарацією. Згідно з винаходом, можуть бути застосовані два режими потоку: єдиним потоком і протитоком. У першому випадку (фіг.1 і 3) подрібнені відрізки шинних відходів 11 проходять у тому ж напрямку, що й повітря 12 і оксигеновмісні сполуки 13. У режимі протитоку (фіг.2 і 4) подрібнені шині відходи 11 транспортуються у напрямку проти потоку повітря 12 і оксигеновмісних сполук 13. У цьому втіленні очищення бункера 5 живлення здійснюється повітрям або нітрогеном 14. Для більш ефективної подачі енергії у реакційну зону 1 згідно з винаходом процес, ілюстрований фіг.1-4, може бути комбінований з газовим контуром (фіг.5а, 5b і 5с), де циркуляція забезпечується наддувом 100. Рецикльований газовий потік може бути нагрітий у теплообміннику або кожуху 101 навколо труб контуру, або у камері 102 згоряння (фіг.5с). Параметри процесу розкладання наведено у табл. 2. 17 94218 18 Таблиця 2 Параметри процесу Температура (°С) Час перебування у реакційній зоні (мін.) Відношення об'єму потоку повітря 12 до маси потоку подрібнених шинних відходів 11(Нм3/кг) Відношення об'єму потоку оксигеновмісних сполук 13 до маси потоку подрібнених шинних відходів 11 (кг/кг) 350 *Визначено термогравіметрією Варіанти і модифікації описаних втілень входять в об'єм винаходу, визначений Формулою винаходу. Вміст фракції (%)* 14 16 14 18 16 16 6 19 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 94218 Підписне 20 Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601