Спосіб термічної деструкції відходів поліетилену та поліпропілену

Реферат: Винахід належить до способів утилізації промислових і побутових відходів з пластмас, зокрема, з поліетилену і поліпропілену. У способі термічної деструкції відходів поліетилену та поліпропілену, реалізований як при періодичному, так і при безперервному режимах переробки відходів вищевказаних пластмас, що включає завантаження попередньо подрібнених і очищених від домішок відходів вищевказаних пластмас у піролізну піч, яка містить реактор термічної деструкції і топку з паливним пальником, нагрів їх паливним пальником в реакторі термічної деструкції в межах 450-480 °C, термічне розкладання вихідної подрібненої і очищеної сировини в реакторі термічної деструкції без доступу повітря з одержанням на виході з реактора термічної деструкції парогазової суміші, її подачу в колону каталізатора, причому після фракціонування продуктів деструкції одержують газ та рідке паливо, подальше охолодження фракціонованих продуктів в теплообмінниках і вивантаження коксу з реактора термічної деструкції, при цьому утворені бензин і воду розділяють за рахунок різниці їх густини, а розділення рідких компонентів і вуглеводневого газу з парогазової суміші вуглеводнів, що утворилися в процесі термічної деструкції, проводять поетапно, новим є те, що, при періодичному режимі використовують не менше, ніж два реактори термічної деструкції, які використовують при роботі по черзі, при цьому топку з паливним пальником виконують мобільною, а після від'єднання гарячої топки від реактора термічної деструкції останній переводять в режим охолодження з можливістю його охолодження повітрям, що подається від UA 109871 C2 (12) UA 109871 C2 газодувки або вентилятора пальника, одночасно здійснюючи приєднання ще гарячої топки до другого холодного реактора термічної деструкції, за час нагрівання реактора термічної деструкції забезпечують попередній розігрів і підтримання наперед заданої температури в кип'ятильнику куба-збірника вуглеводнів і в кип'ятильнику куба ректифікаційної колони шляхом подачі в них паливних газів, що утворюються від згоряння палива в паливному пальнику реактора термічної деструкції, при цьому подачу паливного газу, що утворюється від згоряння палива в паливному пальнику, припиняють при досягненні температури в кубі-збірнику в межах 300-360 °C, а в кубі ректифікаційної колони підгримують температуру в діапазоні 160-220 °C, яку регулюють зміною температури парогазової суміші після депарафінізатора і у верхній частині ректифікаційної колони, при цьому виділення або фракціонування рідких компонентів з парогазової суміші вуглеводнів, що утворилися в процесі термічної деструкції, проводять в чотири етапи, причому на першому етапі конденсують висококиплячі компоненти парогазової суміші в теплообміннику, охолоджуваному водою, при температурі 300-360 °C, яку регулюють шляхом зміни подачі води в теплообмінник, на другому етапі конденсують парафіни в колоні, що служить депарафінізатором, при температурі 180-300 °C, яку регулюють подачею води в дефлегматор депарафінізатора, при цьому сконденсовані висококиплячі вуглеводні і парафіни, що утворюють фракцію пічного палива, витримують в кубі-збірнику при температурі 300-360 °C, забезпечуючи відпарювання легких фракцій, на третьому етапі поділяють фракції бензину і дизельного палива в ректифікаційній колоні, забезпечуючи температурний режим у верхній частині ректифікаційної колони в діапазоні 35-100 °C, а в нижній частині ректифікаційної колони забезпечують температурний режим в діапазоні 160-220 °C, на четвертому етапі конденсують в теплообміннику пари бензину і води при температурі 20-35 °C, при цьому як каталізатор використовують гетерогенний каталізатор у вигляді смужок з титану, закручених у спіралі, причому кожну спіраль попередньо закручують в один або в різні боки, одержуючи в другому випадку спіралі лівого і правого обертання, причому використовують смужки, закручені спіраллю в один бік кожна, або закручені всі спіралями в різні боки кожна, а смужки з титану поміщають в кубі-збірнику. в трубках теплообмінника, в якому конденсуються висококиплячі компоненти парогазової суміші, в трубках дефлегматора депарафінізатора і в трубках дефлегматора ректифікаційної колони. Технічний результат: підвищення економічності та енергоефективності процесу утилізації. UA 109871 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до способів утилізації промислових і побутових відходів з пластмас, зокрема, з поліетилену (далі - ПЕ) і поліпропілену (далі - ПП), а саме до технічних засобів термічної і термокаталітичної деструкції зазначених відходів за періодичним або безперервним режимом, для одержання після їх утилізації та переробки моторних палив (бензину, дизельного палива), пічного палива, вуглеводневого газу і вуглецевого залишку (коксу). Однією з найважливіших проблем, з якою зіткнулося світове співтовариство в даний час, є проблема забруднення навколишнього середовища відходами полімерних матеріалів, зокрема пластмас на основі ПЕ і ПП. Донедавна основними методами утилізації таких відходів було їх складування на полігонах твердих побутових відходів (TПB) або просте спалювання. Тобто традиційна обробка ТПB включає в себе прожарювання або звалювання без початкового сортування та окремої обробки в залежності від типів утилізованих відходів. Така утилізація відходів, безперечно, забруднює навколишнє середовище. Серед типів відходів саме пластикові відходи стають основними засобами забруднення внаслідок їх природної розмаїтості і поступового накопичення. Традиційна утилізація пластикових відходів включає прожарювання, або, в іншому випадку, сортування для наступного відновлення. При цьому процес (метод) прожарювання полягає у безпосередньому спалюванні пластикових відходів, у той час як процес (метод) сортування для подальшого відновлення включає сортування пластикових відходів і відновлення утилізованого пластику. Перший метод (прожарювання) належить виключно до інженерного споживання, що вимагає дорогого устаткування для запобігання створення вторинних джерел небезпеки для навколишнього середовища, таких як забруднення повітря. У той же час метод відновлення має проблему, яка полягає в складності обробки через велике розмаїття типів утилізованого пластику і добавок, які в ньому містяться. Також знижені фізико-механічні характеристики утилізованої і відновленої продукції часто робить процес відновлення недоцільним. При цьому вищевказані методи не вирішують проблему забруднення навколишнього середовища, так як у випадку утилізації відходів на полігонах (при звалищі) для більшості полімерних матеріалів просто не існує мікроорганізмів, здатних перетворювати (переробляти) їх у безпечні для навколишнього середовища речовини. А при спалюванні утворюється значна кількість газоподібних і твердих відходів, які, в свою чергу, також необхідно утилізувати. Відомий ряд способів вторинного використання ПЕ і ПП. У більшості цих способів використовуються різні методи і пристрої вторинного формування виробів з відходів пластмас. Основним недоліком цих способів є те, що механічні властивості виробів з вторинних пластмас погіршуються на 15-20 % у порівнянні з вихідними виробами [Клинков А.С, Беляев П.С, Соколов М.В. Утилизация и вторичная переработка полимерных материалов: учеб. пособие. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2005. - 80 с.]. Серед відомих технологій слід особливо виділити піроліз метод контрольованого термічного розкладання вихідної сировини без доступу кисню. В результаті піролізної переробки сировини виходить кондиційна продукція: котельне (пічне) паливо (використовується за прямим призначенням і для одержання компонентів дизельної (бензинової) фракції за наявності ректифікаційної колони): піролізний газ (використовується як паливо для роботи установки); сухий вуглецевий залишок 4-го класу небезпеки (використовується на місцеві, будівельні та рекультиваційні потреби, а також вводиться в бетонні суміші); тепло, що виділяється в процесі переробки (використовується для обігріву приміщень). Проліз являє собою сукупність елементарних реакцій розкладання (деструкції) органічної речовини на продукти з меншою молекулярною масою. Реакції протікають як послідовно, так і паралельно, і при цьому нерозривно пов'язані між собою. На сьогоднішній день існує ряд класифікацій піролізу, а саме: сухий піроліз (без доступу кисню) і окислювальний піроліз (при частковому спалюванні відходів або в результаті прямої обробки відходів гарячими димовими газами); низькотемпературний піроліз (300-550 °C), спрямований переважно на одержання продуктів рідкої фракції; середньотемпературний піроліз (550-800 °C), спрямований на одержання продуктів всіх фракцій; високотемпературний піроліз (понад 900 °C), спрямований на одержання газоподібних продуктів процесу; піроліз, реалізований в установках циклічної (періодичної) і безперервної дії. Проте в країнах СНД, включаючи Росію і Україну, процес переробки відходів методом піролізу поки не набув великого поширення. Причиною цього є. по-перше, складність в експлуатації представлених на ринку країн СНД технологій та обладнання, по-друге, відсутність 1 UA 109871 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 досвіду у місцевих виробників, що не дають гарантії функціонування установок, і, по-третє, відсутність ефективних технологій піролізу і пристроїв, що реалізують ці технології. Як наслідок - висока вартість зарубіжних аналогів. Відомий спосіб утилізації відходів ПЕ [Способ переработки вторичною полиэтилена, патент на изобретение RU 2106365. МПК C08J 11/04, заявка № 93011365/04 від 25.03.1993. опубл. 10.03.1998], згідно з яким заздалегідь подрібнений ПЕ піддають фракціонуванню в киплячому розчиннику на розчинну золь-фракцію і нерозчинну гель-фракцію з поділом і промиванням продуктів фракціонування, а потім окремо для кожної фракції проводиться низькотемпературний піроліз у вакуумі. Основним недоліком цього способу є застосування в технології утилізації токсичних розчинників, а також багатостадійність процесу утилізації. Відомі способи переробки відходів полімерних матеріалів у цінні органічні речовини. Одним з таких способів є термічна і термокаталітична деструкція відходів полімерів у вуглецеві фракції, які після відповідної обробки можуть бути використані в якості високоякісного моторного палива [http://i-pec.ru/wp-content/uploads/2014/01/Термическая-деструкция-отходов-пиролиз.рdf]. Відомий ряд способів переробки відходів термопластів, які реалізуються за допомогою відповідних установок, які, таким чином, є частиною цих способів. Гак. наприклад, відомий спосіб переробки відходів термопластів і установка для його реалізації, згідно з якими піроліз проводять в реакторі при температурі 480-600 °C і тиску 0,1-0,15 МПа, а виділення рідкої фази з парогазової суміші ведуть шляхом повітряної конденсації в два етапи (ступені), при цьому на першому етапі парогазову суміш охолоджують при температурах від 280-320 °C на початку конденсації і до 110-120 °C у кінці конденсації з подальшим виділенням висококиплячих компонентів рідкого палива і парафінів, а на другому етапі парогазову суміш охолоджують до температури 50-60 °C з наступним виділенням легкокиплячих компонентів рідкого палива. Установка забезпечена живильником для безперервної подачі сировини [Пат. 2459843 РФ, МПК7 C08J 11/04, В29В 17/00, F23G 5/027. Способ переработки отходов термопластов и установка для его реализации / Шаповалов Ю.Н., Ульянов А.Н, Андреев В.А, Саликов П.Ю. и др.; заявка № 22010151482/02; Заявл. 15.12.2010; Опубл. 27.08.2012, Бюл. № 24]. Недоліком даної установки є відсутність устаткування для фракціонування, що дозволяє одержувати чіткі фракції рідких вуглеводнів, такі, як бензин, дизельне паливо і пічне паливо. Відома установка термічної деструкції відходів ПП і ПЕ, що складається з реактора термічної деструкції, блоку нагріву, блоку теплообмінників і ректифікаційної колони, на базі якої реалізується однойменний спосіб [Спосіб термічної деструкції відходів поліетилену та поліпропілену, патент на корисну модель UA 77844. МПК (2013.01) C10G 1/00, С10В 53/00. F22G 5/027, заявка № u201210850 от 17.09.2012, опубл. 25.02.2013, Бюл. № 4]. Недоліком відомої установки г функціонування її в періодичному режимі, внаслідок чого витрачається тепло на розігрівання устаткування після зупинок на вивантаження коксу і завантаження сировини в реактор, а також збільшується частка некондиційних продуктів, що утворюються при пусках і зупинках установки. Крім того, при такій типовій (загальноприйнятій) конструкції ректифікаційної колони, коли всі продукти виробляються в одній колоні за один прохід, а зрошення колони здійснюють охолодженим верхнім продуктом (у даному випадку бензином), фракціонування вуглеводнів з парогазової суміші, в якій міститься до 20 % інертних вуглеводневих газів, є надзвичайно важким. Відомий спосіб і пристрій з переробки відходів, що включає сортування відходів, виділення легких пластикових відходів та їх крекінг, поступове охолодження продуктів крекінгу, відділення газоподібних вуглеводнів та подальшу фракційну перегонку рідких вуглеводнів. Апаратура цього винаходу включає: візок для сміття, яким перевозить відходи, і який розвантажується на конвеєрну стрічку для транспортування відходів до подрібнювача. що обладнаний млином, на якому відходи подрібнюються. Вищевказаний млин може генерувати велику енергію вітру, який може знижувати вміст вологи і землі у відходах, розпорошуючи відходи в залежності від їх питомої ваги. Пристрій також включає чотири крекінг-печі, піч прожарювання, водовід системи охолодження, лінію подачі мазуту, лінію нафтового газу, газовий пальник й інші типові елементи [Процессы и аппаратура для восстановления энергии через сортировку и прокаливание отходов, патент US 005998682A от 07.12.1999. MПK (1999) С01G 1/00, С07С 1/00, заявка № 09/182647 от 30.10.1998]. Недоліком даного способу є періодична схема роботи установки, згідно з якою крекінг-печі по черзі включаються в роботу, проходячи стадії "завантаження пластикових відходів - крекінг пластика - охолодження крекінг-печі - вивантаження коксу", внаслідок чого має місце підвищена витрата палива на черговий повторний розігрів крекінг-печі, що охолола, на початку наступного циклу роботи установки. Крім того, через великий час простою крекінг-печей на стадії 2 UA 109871 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 охолодження (більший, ніж час проведення крекінг-процесу), для створення безперервної циклічності роботи установки доводиться реалізовувати схему з підвищеною кількістю крекінгпечей (чотири), що здорожує установку і процес. Недоліком є і те, що вуглеводні після крекінгу охолоджують, відокремлюють вуглеводневий газ. потім повторно нагрівають до 450 °C і проводять фракціонування суміші вуглеводнів. Це призводить до двократних витрат палива на нагрівання і води на охолодження продуктів. Недолік винаходу полягає також і в тому, що крекінг проводять при підвищеному тиску 0,4 МПа, що значно здорожує апаратуру, в якій здійснюють процес. Відомий пристрій для піролізу пластикових відходів, що містить піч нагріву, металеву реторту, газовий пальник, пристрій безперервного завантаження сировини і вивантаження коксового залишку, конденсатора рідких вуглеводнів [Пристрій для піролізу пластикових відходів, патент на корисну модель UA 22609. МПК (2007) C10G 9/28, F23G 7/00, заявка №и200612719 від 04.12.2006. опубл. 25.04.2007, Бюл. № 5]. Недоліком даного пристрою є те. що рідкі вуглеводні не піддають фракціонуванню для одержання товарних продуктів, що знижує економічний ефект від експлуатації даної установки. Відома установка для безперервної термічної утилізації органічних відходів, що містить реактор піролізу з системою обігріву, завантажувальний і розвантажувальний пристрій, а також блок конденсації з водяним охолодженням [Установка для безперервної термічної утилізації органічних відходів з одержанням рідкого палива, патент на корисну модель UA 50431. МПК (2007) C10G 1/00, F23G 5/027, заявка № u200912544 від 03.12.2009, опубл. 10.06.2010. Бюл. № 11]. Недоліком даного пристрою є те. що всі сконденсовані важкі фракції повертаються назад у реактор, де заново піддаються нагріву, деструкції і повторній конденсації. Це призводить до значних витрат палива на нагрівання і збільшує витрату холодоагенту (води) на охолодження. Крім того, пристрій не дозволяє розділяти дизельну і бензинову фракції, як це випливає з переліку одержуваної продукції: на установці одержують тільки рідке паливо, аналої дизельного палива (хоча насправді це суміш дизельної і бензинової фракцій). Найбільш близьким за технічною сутністю до винаходу, який заявляється, є спосіб термічної деструкції органічної сировини, що включає завантаження початкової сировини в піролізну піч, термічне розкладання початкової сировини без доступу повітря з одержанням парогазової суміші, ректифікацію парогазової суміші з виділенням газової суміші і рідкого палива, причому парогазову суміш, що виходить з піролізної печі, піддають каталітичному реформінгу, як каталізатор використовують високопористі оксиномолібденові і оксинокобальтові гранули із заповненням ними 9/10 об'єму камери колонки каталізатора, а риформінг парогазової суміші в присутності каталізатора ведуть при температурі 420-510 °C і тиску 0,03 МПа при об'ємній швидкості у межах від 1 до 6. Парогазову суміш, що надходить з піролізної печі в колонку каталізатора, збагачують свіжим воднем під тиском 0,05 МПа з розрахунку 6 ваг. % на годину на 1 тонну сировини, що завантажується в піролізну піч. Вищезазначений спосіб термічної деструкції органічної сировини реалізується на установці, яка містить піч і піролізну камеру з люком для завантаження сировини і вивантаження твердого залишку, газовий пальник, змійовик для повторного нагріву продуктів піролізу. конденсатор для охолодження продуктів піролізу, колонку каталізатора, колону ректифікації з конденсаторами і додаткову апаратуру [Спосіб термічної деструкції органічної сировини, патент на корисну модель UA 45455. МПК (2009) C10G 1/00, заявка № u20090583 від 09.06.2009, опубл. 10.11.2009. Бюл. № 11]. Недоліками даного способу є низька ефективність і економічність проведення процесу термічної деструкції органічної сировини. Це пов'язано з тим, що згідно використовуваному технологічному режиму, протягом одного циклу роботи установки (від завантаження сировини до вивантаження твердого залишку) проводять дворазовий нагрів і дворазове охолодження продуктів деструкції, що призводить до значних витрат палива на нагрів і холодоагенту (води) на охолодження. Крім того, при періодичній роботі установки дуже складно домогтися синхронної роботи ректифікаційної колони з піролізною піччю, що позначається на якості готових продуктів - бензині і дизналиві. Застосування як каталізаторів дорогих речовин (оксиномолібденових і оксинокобальтових гранул), а також підвищена витрата водню на процес (6 % за масою від завантаженої сировини), призводить до подорожчання процесу. В основу технічного рішення поставлено задачу удосконалення способу, як при періодичному, так і при безперервному режимах термічної і термокаталітичної деструкції відходів пластмас, включаючи підвищення економічності та енергоефективності процесу утилізації органічної сировини, зокрема, поліетилену і поліпропілену, методом термічної деструкції, поліпшення якості і збільшення виходу готових продуктів - бензину і дизельного 3 UA 109871 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 палива, шляхом використання ефективних режимних параметрів і процедур на основних етапах реалізації способу, зокрема, на стадії фракціонування. Суть винаходу Зазначена технічна задача вирішується тим, що у способі термічної деструкції відходів поліетилену та поліпропілену, реалізований як при періодичному, так і при безперервному режимах переробки відходів вищевказаних пластмас, що включає завантаження попередньо подрібнених і очищених від домішок відходів вищевказаних пластмас у піролізну піч, яка містить реактор термічної деструкції і топку з наливним пальником, нагрів їх паливним пальником в реакторі термічної деструкції в межах 450 480 °C, термічне розкладання вихідної подрібненої і очищеної сировини в реакторі термічної деструкції без доступу повітря з одержанням на виході з реактора термічної деструкції парогазової суміші, її подачу в колону каталізатора, причому після фракціонування продуктів деструкції одержують газ та рідке паливо, подальше охолодження фракціонованих продуктів в теплообмінниках і вивантаження коксу з реактора термічної деструкції, при цьому утворені бензин і воду розділяють за рахунок різниці їх густини, а розділення рідких компонентів і вуглеводневого газу з парогазової суміші вуглеводнів, що утворилися в процесі термічної деструкції, проводять поетапно, новим є те, що, при періодичному режимі використовують не менше, ніж два реактори термічної деструкції, які використовують при роботі по черзі, при цьому топку з паливним пальником виконують мобільною, а після від'єднання гарячої топки від реактора термічної деструкції останній переводять в режим охолодження з можливістю його охолодження повітрям, що подається від газодувки або вентилятора пальника, одночасно здійснюючи приєднання ще гарячої топки до другого холодного реактору термічної деструкції, за час нагрівання реактора термічної деструкції забезпечують попередній розігрів і підтримання наперед заданої температури в кип'ятильнику куба-збірника вуглеводнів і в кип'ятильнику куба ректифікаційної колони шляхом подачі в них паливних газів, що утворюються від згоряння палива в паливному пальник) реактора термічної деструкції, при цьому подачу паливного газу, що утворюється від згоряння палива в паливному пальнику, припиняють при досягненні температури в кубі-збірнику в межах 300-360 °C, а в кубі ректифікаційної колони підтримують температуру в діапазоні 160-220 °C, яку регулюють зміною температури парогазової суміші після депарафінізатора і у верхній частині ректифікаційної колони, при цьому виділення або фракціонування рідких компонентів з парогазової суміші вуглеводнів, що утворилися в процесі термічної деструкції, проводять в чотири етапи, причому на першому етапі конденсують висококиплячі компоненти парогазової суміші в теплообміннику, охолоджуваному водою, при температурі 300-360 °C, яку регулюють шляхом зміни подачі води в теплообмінник, на другому етапі конденсують парафіни в колоні, що служить депарафінізатором, при температурі 180-300 °C, яку регулюють подачею води в дефлегматор депарафінізатора. При цьому сконденсовані висококиплячі вуглеводні і парафіни, що утворюють фракцію пічного палива, витримують в кубі-збірнику при температурі 300-360 °C, забезпечуючи відпарювання легких фракцій, на третьому етапі поділяють фракції бензину і дизельного палива в ректифікаційній колоні, забезпечуючи температурний режим у верхній частині ректифікаційної колони в діапазоні 35-100 °C, а в нижній частині ректифікаційної колони забезпечують температурний режим в діапазоні 160-220 °C, на четвертому етапі конденсують в теплообміннику пари бензину і води при температурі 20-35 °C, при цьому як каталізатор використовують гетерогенний каталізатор у вигляді смужок з титану, закручених у спіралі, причому кожну спіраль попередньо закручують в один або в різні боки, одержуючи в другому випадку спіралі лівого і правого обертання, причому використовують смужки, закручені спіраллю в один бік кожна, або закручені всі спіралями в різні боки кожна, а смужки з титану поміщають в кубі-збірнику, в трубках теплообмінника, в якому конденсуються висококиплячі компоненти парогазової суміші, в трубках дефлегматора депарафінізатора і в трубках дефлегматора ректифікаційної колони. Здійснюють подачу паливних газів з температурою 600-900 °C у кип'ятильник куба-збірника вуглеводнів і в куб ректифікаційної колони. Об'єм ємності куба-збірника вибирають з умови, згідно з якою час перебування пічного палива у вигляді суміші вуглеводнів в ньому було достатньо для забезпечення повного відпарювання легких фракцій. При роботі в періодичному режимі об'єм куба-збіриика вуглеводнів визначають за залежністю: Vп=2Qп, 3 де Qп - продуктивність установки по пічному паливу за один цикл роботи, м /цикл, 3 Vп - об'єм куба-збірника вуглеводнів, м . 4 UA 109871 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 При роботі в безперервному режимі об'єм куба-збірника вуглеводнів визначають за залежністю: Vн=2Qн, 3 де Qн - продуктивність установки по пічному паливу за одну годину, м /год. 3 Vн - об'єм куба-збірника вуглеводнів, м . Використовують смужки з титану шириною 5-20 мм, товщиною 0,5-1,5 мм, які в скрученому вигляді мають діаметр 10-30 мм, довжиною 0,1-1 м, з кроком спіралі 10-40 мм. Титанові спіралі попередньо протягом 0,5-1 год. обробляють контактуванням з 1-2 % плавиковою кислотою при температурі 30-40 °C. Смужки з титану, закручені в спіралі, використовують як масообмінну насадку в депарафінізаторі і в ректифікаційній колоні. Депарафінізатор виконують у вигляді колонного апарата, нижня частина якого заповнена як регулярною, так і нерегулярною масообмінною насадкою, виконаною у вигляді титанових спіралей, і що мас вільний перетин 90-93 %. Нерегулярну масообмінну насадку виконують у вигляді титанових спіралей, завантажених в навал, при довжині спіралі 0,1-0,2 м. Регулярну масообмінну насадку виконують у вигляді титанових спіралей, зібраних у касети, при довжині титанових спіралей до 1 м. Зверху депарафінізатора встановлюють кожухотрубний теплообмінник, який служить дефлегматором, а при піднятті парів вуглеводнів вгору по трубках депарафінізатора, в яких попередньо розміщують титанові спіралі різного напрямку обертання, забезпечують умови для конденсації і стікання парафінів по них униз, створюючи потік флегми, за допомогою якої, в свою чергу, забезпечують зрошення масообмінної насадки. Нагрівають вміст реактора термічної деструкції зі швидкістю 1,5-4 °C/хв. Піроліз проводять в реакторі термічної деструкції при тиску 0,01-0,07 МПа. Перераховані ознаки становлять суть технічного рішення. Наявність причинно-наслідкового зв'язку між сукупністю суттєвих ознак технічного рішення і технічним результатом, що досягається, полягає в наступному. Подача паливних газів з температурою 600-900 °C у кип'ятильник куба-збірника вуглеводнів (фракція пічного палива) і куба ректифікаційної колони дозволяє провести попередній нагрів куба-збірника і куба ректифікаційної колони до робочих температур і більш швидкий (в середньому на 20-30 %) вихід установки на регламентний режим. Це значно (в середньому на 50-60 %) знижує кількість некондиційних фракційних продуктів, що утворюються в пусковий період, зменшує (у середньому на 50-60 %) витрати тепла та енергії на повторну їх "розгонку" для одержання кондиційних продуктів, а також дозволяє підтримувати регламентні температури, при яких проводиться відбір продуктів, що покращує їх кінцеву якість. Підтримання температури в кубі-збірнику 300-360 °C дозволяє одержувати пічне паливо з температурою спалаху 60-90 °C, що свідчить про відсутність легких фракцій в кубі-збірнику. Конденсація парів парафінів в депарафінізаторі при температурі 180-300 °C дозволяє одержувати дизельне паливо з наперед заданими властивостями. Так, при 300 °C дизельне паливо виходить марки "літнє", тобто з температурою замерзання 0 °C, при температурі 180 °C виходить дизельне паливо марки "зимове" з температурою замерзання мінус 35 °C. Крім того, цим температурним інтервалом (180-300 °C) можна регулювати кількість відібраного дизельного палива, прибираючи/додаючи з/у нього парафіни. Підтримання температури в кубі ректифікаційної колони 160-220 °C дозволяє регулювати вміст легких фракцій, домагаючись регламентного значення температури спалаху дизпалива 40-62 °C. Підтримання температури у верхній частині ректифікаційної колони 35-100 °C дозволяє одержувати бензин з заданим фракційним складом і кінцевою температурою кипіння не вище 215 °C. що відповідає прийнятим стандартам. Підтримання температури бензину після конденсації в теплообмінник} на рівні 20-35 °C дозволяє знизити на 2-3 % втрати парів бензину з вуглеводневим газом, який виходить з теплообмінника разом із бензином. У табл. 1 представлені дані про якість бензину, одержаного за даним способом, що реалізований на розробленому пристрої. 55 5 UA 109871 C2 Таблиця 1 Дані про якість бензину метод випробування ГОСТ 0226 ГОСТ 2177 ГОСТ 2177 ГОСТ 19121 ГОСТ 29040 ГОСТ 6321 ГОСТ 1756 ГОСТ Р51942 ГОСТ Р51069 № найменування показника 1 2 3 4 5 6 7 8 9 5 10 Октанове число Температура кінця кипіння, °C, не вище Залишок у колбі, %, не більше Концентрація сірки, %, не більше Об'ємна частка бензолу, %, не більше Випробування на мідній пластині Тиск насичених парів Концентрація свинцю, г/дм, не більше 3 Густина при 15 °C, кг/дм норма 215,0 2,0 0,05 5,0 клас 1 45,0-70,0 відсутня 725,0-780,0 результат 86,8 179,0 1,0 0,045 2,76 витримує 42,6 відсутня 726,4 Як видно з наведених у табл. 1 даних, властивості бензину, одержаного за розробленим способом, що реалізований за допомогою розробленого пристрою, відповідають прийнятим стандартам. У таблиці 2 наведено дані про якість дизельного палива, одержаного з даного способу, реалізованому на цьому пристрої. Як видно з наведених у табл. 2 даних, властивості дизельного палива, одержаного за даним способом, що реалізований на цьому пристрої, відповідають стандартам. Робота установки в періодичному (послідовному) режимі з не менш ніж з двома реакторами термічної деструкції, які включаються в роботу послідовно, дозволяє забезпечити безперервну роботу вузла фракціонування, що дає можливість стабілізувати температуру газоходів. трубопроводів і обладнання вузла фракціонування протягом усього періоду фракціонування. Таблиця 2 Дані про якість дизельного палива найменування показника 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Фракційний склад: 50 % переганяється при температурі 95 % переганяється при температурі Масова частка сірки, % Густина при 20 °C, кг/м" Температура спалаху в закритому тиглі, °C Концентрація фактичних смол. 3 мг/100 см Зольність, % Температура застигання, °C Температура помутніння, °C Випробування на мідній пластині Гранична температура фільтрування, °C метод випробування ГОСТ 2177 ГОСТ 2177 ГОСТ 2177 ГОСТ 19121 ГОСТ 3900 Норма не вище 280 не вище 360 не більше 0,05 не більше 860 Результат 238 330 0,024 785,6 ГОСТ6356 не нижче 40 48 ГОСТ 1567 на більше 40 20,0 ГОСТ 1461 ГОСТ 20287 ГОСТ 5066 ГОСТ 6321 ГОСТ 22254 не більше 0,01 не вище -10 не вище -5 витримує не вище -5 відсутня -34 -23 витримує -22 15 20 У порівнянні з відомими технічними рішеннями, в яких вузол фракціонування працює переривчасто (періодично), це приводить до значної економії тепла та енергії, які витрачаються при повторних пусках і зупинках установки, а також поліпшується якість готових продуктів на виході. Виконання топки мобільною (знімною) дозволяє відключати її від реактора термічної деструкції по завершенню процесу термічної деструкції, і, не даючи їй охолонути, підключати до наступного реактору термічної деструкції. При цьому отримують економію палива на повторний розігрів топки так, як якщо б вона остигала разом з реактором. За рахунок цього футерівка топки 6 UA 109871 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 не піддається великим перепадам температур, що відбувається при охолодженні, а також підвищується термін експлуатації футерівки. Після від'єднання топки від реактора останній переводиться в режим охолодження і може охолоджуватися повітрям, що подається від газодувки пальника. За рахунок того, що реактор термічної деструкції охолоджується без топки, яка має більшу масу футерівки, час процесу охолодження до температури 50 °C, при якій можна відкривати люк і вивантажувати кокс, зменшується в 2-2,5 рази. Як показали результати експериментальних досліджень, охолодження парогазової суміші до 300-360 °C у трубчастому теплообміннику, який встановлений вертикально, в якому парогазова суміш важкими вуглеводнями, що сконденсувались, рухається низхідним потоком по трубках, в яких розміщені титанові спіралі як з односпрямованим, так і з різним напрямком обертання, є найбільш ефективним варіантом апаратурного оформлення даного процесу (конденсації важких вуглеводнів) на тлі великої концентрації вуглеводневого газу в суміші і низького парціального тиску вуглеводнів. Гвинтова поверхня спіралі не тільки збільшує площу контакту фаз, але і за рахунок того, що спіралі мають гвинтову поверхню різного напрямку обертання (ліву і праву) на одній вертикальній гілці, збільшує інтенсивність перемішування парогазової суміші через зміну напрямку обертання при її русі по трубках, в яких встановлені спіралі. Це, в свою чергу, підвищує ефективність тепломасообміну в 2-2,5 рази, а питома поверхня контакту фаз збільшується в 1,5-2 рази. Куб-збірник вуглеводнів виконаний у вигляді циліндричної ємності, розташованої горизонтально. Було експериментально встановлено, що об'єм ємності куба-збірника вуглеводнів потрібно вибирати з умови, згідно з яким часу перебування пічного палива (суміші вуглеводів) у ньому було достатньо для відпарювання легких фракцій. При цьому для роботи в періодичному режимі об'єм куба-збірника вуглеводнів визначають за формулою: Vп=2Qп, 3 де Qп - продуктивність установки по пічному паливу за один цикл роботи, м /цикл; Vп - об'єм 3 куба-збірника вуглеводнів, м . Для роботи в безперервному режимі об'єм куба-збірника вуглеводнів визначають за формулою: Vн=2Qн, 3 де Qн - продуктивність установки по пічному паливу за одну годину, м /год.; Vн - об'єм куба3 збірника вуглеводнів, м . Куб-збірник вуглеводнів оснащений кип'ятильником, який нагрівається паливним газом. Це дозволяє одержувати продукт у вигляді пічного палива, що відповідає стандартам. Депарафінізатор виконаний у вигляді колонного апарату, нижня частина якого заповнена масообмінною насадкою, виконаною у вигляді титанових спіралей, завантажених в навал (нерегулярна насадка) при довжині спіралі 0,1-0,2 м або у вигляді спіралей, зібраних в касети (регулярна насадка) при довжині спіралі до 1 м, що має вільний перетин 90-93 %. Нагорі депарафінізатора встановлений кожухотрубний теплообмінник, який виконує роль дефлегматора. Пари вуглеводнів піднімаються вгору по трубках депарафінізатора, в яких розміщені титанові спіралі як одного, так і різного напрямку обертання, по яких парафіни конденсуються і стікають вниз, створюючи потік флегми, яка, в свою чергу, зрошує масообмінну насадку. Одночасно кожухотрубний теплообмінник служить зрошувачем колони. У міжтрубний простір кожухотрубного теплообмінника подається охолоджуюча вода. Як показали досліди, така конструкція депарафінізатора, при якій флегма (зрошення насадки) утворюється всередині колони, а не подається ззовні, найбільш краща, тому що в даному випадку парогазова суміш містить велику кількість інертного вуглеводневого газу (до 1520 %), який знижує парціальний тиск парів вуглеводнів і погіршує умови конденсації. Ректифікаційна колона також забезпечена дефлегматором і масообмінною насадкою, а знизу в кубі колони встановлений кип'ятильник, що обігрівається паливними газами для відпарювання легкої фракції парогазової суміші. Гетерогенний каталіз (контактний каталіз) характеризує зміну швидкості хімічної реакції при впливі каталізаторів, що утворюють самостійну фазу і які відокремлені від реагуючих речовин границею розподілу. Найбільш поширений випадок, коли твердий каталізатор (контакт) прискорює реакцію між газоподібними реагентами або реакцію в розчині. Каталітична реакція протікає зазвичай на поверхні твердого каталізатора і обумовлена активацією молекул реагентів при взаємодії з поверхнею. Тому для здійснення гетерогенного каталізу необхідна адсорбція компонентів реакційної суміші з об'ємної фази на поверхні каталізатора. 7 UA 109871 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Як показали проведені експерименти, виконання масообмінної насадки в депарафінізаторі і ректифікаційній колоні на базі гетерогенного каталізатора, виконаного у вигляді титанових спіралей, які одночасно служать каталізатором процесу термічної деструкції, а також завантаження титанових спіралей в куб-збірник пічного палива, дозволяє підвищити вихід легких фракцій на 3-5 %. Вільний перетин насадки в колонах складає 90-93 %, що незначно впливає на зростання гідравлічного опору в системі. Тиск, при якому проводять процес термічної деструкції, складає всього лише 0,01-0,07 МПа, що підвищує безпеку процесу. Перелік фігур, креслень Технічне рішення пояснюється на фіг. 1-8, де: на фіг. 1 представлена періодична схема (періодичний режим) роботи пристрою, на базі якого реалізується спосіб термічної деструкції; на фіг. 2 представлена безперервна схема (безперервний режим) роботи пристрою, на базі якого реалізується спосіб термічної деструкції; на фіг. 3 представлені спіральні смужки лівого напрямку обертання; на фіг. 4 представлені спіральні смужки правого напрямку обертання; на фіг. 5 представлена касета зі спіральними смужками, яка поміщається в трубки теплообмінників; на фіг. 6 представлений розріз А-А на фіг. 5; на фіг. 7 представлений пучок спіральних смужок, який поміщається в трубки теплообмінників; на фіг. 8 представлений розріз Б-Б на фіг. 7. На фіг. 1-8 прийняті наступні позначення: І блок функціонування реактора в режимі охолодження; II - блок функціонування реактора в режимі нагрів) (границі блоків І і II позначені пунктирними лініями): 1 реактор термічної деструкції; 2 - топка; 3 - пальник; 4 - збірник коксу; 5 колонка каталізатора; 6 - теплообмінник для зниження температури парогазової суміші; 7 кубзбірник з кип'ятильником; 8 - депарафінізатор; 9. 13 шибери; 10 теплообмінник для охолодження пічного палива; 11 - збірник пічного палива; 12 - ємність палива для пальника; 14 дефлегматор ректифікаційної колони; 15 - ректифікаційна колона; 16 теплообмінник для охолодження дизельного палива; 17 - збірник дизельного палива; 18 - теплообмінник для охолодження газу та конденсації парів бензину і води; 19 газоводовідокремлювач; 20 - збірник води; 21 - збірник бензину; 22 - збірник газу (газгольдер); 23 - ємність оборотної води; 24 титанова спіральна смужка лівого напрямку обертання; 25 - титанова спіральна смужка правого напрямку обертання; 26 - касета з титановими спіральними смужками. Спосіб і пристрій на його основі використовують ніким чином. А. Робота способу і пристрою в періодичному режимі (фіг. 1). При періодичному режимі пристрою задіяно два блоки: І блок функціонування реактора термічної деструкції в режимі охолодження, та II - блок функціонування реактора термічної деструкції в режимі нагріву. Полігонний ПЕ і ПП, заздалегідь подрібнений і очищений методом флотації від домішок поліхлорвінілу, поліетилентерефталату целюлози, ганчірок, гуми та інших відходів, завантажують через верхній люк (на фіг. 1-8 не позначений) в один з реакторів термічної деструкції 1 (фіг. 1). Унизу кожного реактора термічної деструкції 1 розташована мобільна (знімна) топка 2 з паливним пальником 3. яка може працювати як на рідкому, так і на газоподібному паливі власного виробництва. Далі нагрівають вміст реактора термічної деструкції 1 блоку І (відходи пластмас у вигляді ПЕ і ПП) зі швидкістю 1,5-4 °C/хв. Паливні гази з температурою 600-900 °C проходять через жарові труби (на фіг. 1-8 не позначені) реактора термічної деструкції 1 і надходять у кип'ятильник куба 7. а потім в кип'ятильник (на фіг. 1-8 не позначений), розташований в кубі ректифікаційної колони 15. При досягненні температури в кубі ректифікаційної колони 15 значень 160-220 °C припиняють подачу паливних газів з реактора термічної деструкції 1 блоку І шляхом закриття шибера 13. При досягненні температури в кубі 7 в діапазоні 300-360 °C припиняють подачу паливних газів шляхом закриття шибера 9. У реакторі термічної деструкції 1 при температурі 260-300 °C починається процес деструкції пластмас. Продукти деструкції пластмас у вигляді парогазової суміші вуглеводнів з реактора термічної деструкції 1 пропускають в колонку каталізатора 5, яка являє собою трубчастий апарат з фланцями, що завантажений каталізатором - титановими спіралями в касеті, а потім в теплообмінник 6. При досягненні температури парів значень 300-360 °C у теплообмінник 6 подається оборотна вода для охолодження парогазової суміші вуглеводнів. Змінюючи витрату води в теплообміннику 6, підтримують температуру у кубі 7 в діапазоні 300 360 °C. Парогазова суміш вуглеводнів надходить у куб 7, де з неї в рідку фазу переходять висококиплячі вуглеводні. Потім парогазова суміш надходить в депарафінізатор 8, який являє собою колонний апарат, нижня 8 UA 109871 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 частина якого завантажена масообмінною насадкою, а у верхній частині встановлений кожухотрубний теплообмінник, що виконує роль дефлегматора. У міжтрубний простір теплообмінника (фіг. 1-8 не позначений) подається оборотна вода, а в трубах теплообмінника проходить конденсація вуглеводнів (парафінів). Сконденсовані парафіни повертаються назад до кубу 7. Змінюючи подачу води в дефлегматор, підтримують температуру парів на виході з депарафінізатора 8 в діапазоні 180-300 °C. Потім пари вуглеводнів надходять в колону ректифікації 15. де вони розділяються на бензинову і дизельну фракції. Дизельна фракція знизу колони 15 через теплообмінник 16, охолоджуваний зворотною водою, надходить у збірник дизельного палива 17. Бензинова фракція у вигляді пари і вуглеводневий газ зверху ректифікаційної колони 15 поступає в теплообмінник 18 для охолодження газу та конденсації парів бензину і води. Якість дизельного палива (температура спалаху, фракційний склад) регулюють температурою у нижній частині ректифікаційної колони 15, яка складає 160-220 °C. Якість бензинової фракції (густину, фракційний склад і температуру кінця кипіння) регулюють температурою на виході з ректифікаційної колони 15. Температуру верху ректифікаційної колони в діапазоні 35-100 °C підтримують подачею води в дефлегматор 14 ректифікаційної колони 15. Дефлегматор 14 являє собою кожухотрубний теплообмінник, у міжтрубний простір якого подається оборотна вода, а в трубному просторі дефлегматора 14 відбувається конденсація висококиплячих вуглеводнів. У теплообміннику 18, який охолоджується зворотною водою, конденсуються пари бензинової фракції і вода. У газоводовідокремлювачі 19 відбувається відділення води і вуглеводневого газу від бензину. Вуглеводневий газ, який не конденсується, направляють на пальник 3 для нагріву реактора термічної деструкції 1, а надлишковий вуглеводневий газ збирають у збірнику газу (газгольдері) 22. Вода і бензин надходять у відповідні збірники 20 і 21. Важку фракцію (пічне паливо) накопичують у кубі 7, і в кінці процесу термічної деструкції, коли припиняється утворення вуглеводневого газу, виводять через теплообмінник 10, який охолоджується водою, до збірника пічного палива 11. Процес деструкції пластмас закінчують при температурі 450-480 °C. Відключають подачу палива на пальник і переводять реактор 1 у режим охолодження. На фіг. 1 показано, що реактор термічної деструкції 1 блока І переведений у режим охолодження. Мобільна (знімна) топка 2 блоки І від'єднана від реактора шляхом опускання на колеса (на фіг. 1-8 не позначені) і відведена в сторону для роздільного охолодження реактора термічної деструкції 1 блока І. Потім мобільна (знімна) топка 2 (ще гаряча) блока І поєднується до холодного (тобто не нагрітого) реактора термічної деструкції 1 блока II. Твердий коксовий залишок, який залишився на дні реактора термічної деструкції 1 блока І, після охолодження реактора вивантажують через нижній люк реактора термічної деструкції 1 блока І у збірник коксу 4. Поки в реакторі термічної деструкції 1 блока І протікає процес термічної деструкції, реактор термічної деструкції 1 блока II завантажують відходами пластмас і готують його до запуску. Як тільки відключають подачу палива на пальник 3 блока І реактора термічної деструкції 1 блока І, відразу ж включають пальник 3 блоки II реактора термічної деструкції 1 блоку II після приєднання мобільної гарячої топки 2 блока І, і починають процес деструкції в реакторі термічної деструкції 1 блока II. При цьому підтримують температуру в кубі 7 і кубі ректифікаційної колони 15 на тому ж рівні, що і в попередньому циклі. Після проведення процесу термічної деструкції в реакторі термічної деструкції 1 блока II його переводять в режим охолодження, а реактор термічної деструкції 1 блока І завантажують відходами пластмас і проводять новий цикл: "термічна деструкція охолодження - вивантаження сухого залишку - завантаження відходів пластмас". В. Робота способу і пристрою в безперервному режимі (фіг. 2). Полігонний ПЕ і ПП, заздалегідь подрібнений (або гранульований), очищений методом флотації від домішок поліхлорвінілу, поліетилентерефталату, целюлози, ганчірок, гуми та іншого, завантажують безперервно шнековим живильником (на фіг. 1-8 не позначений) в реактор термічної деструкції І, обладнаний топкою 2 і паливної пальником 3, яка може працювати як на рідкому, так і на газоподібному паливі власного виробництва. Включають паливний пальник 3 і виводять установку в робочий температурний режим. Для прискорення виходу установки на заданий режим паливні гази, що утворюються при згорянні палива, направляють в кип'ятильник куба 7 і ректифікаційної колони 15. Робочі температури в пристрої підтримують в наступних діапазонах: в реакторі термічної деструкції 1 - це 450-480 °C (регулюється за рахунок зміни подачі палива): в кубі 7 - це 300 9 UA 109871 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 360 °C (регулюється за рахунок зміни подачі води в теплообмінник 6): температура виходу парогазової суміші з депарафінізатора 8 в діапазоні 180-300 °C (регулюється подачею води в дефлегматор депарафінізатора 8); у кубі ректифікаційної колони 15 - в діапазоні 160-220 °C (регулюється зміною температури парогазової суміші після депарафінізатора і верхньої частини ректифікаційної колони 15); температура виходу парогазової суміші з ректифікаційної колони 15 - в діапазоні 35-100 °C (регулюється подачею води в дефлегматор 14). При досягненні робочих температур в кубі 7 і в кубі ректифікаційної колони 15 відключають подачу в кип'ятильник (на фіг. 1-8 не позначений) паливних газів шляхом закриття шиберів 9 і 13. При безперервному режимі роботи відбір коксу з реактора 1 здійснюють безперервно за допомогою шнека. Злив пічного палива з куба 7 виробляють безперервно. При цьому підтримують регламентний рівень рідини в кубі 7 за допомогою регулятора рівня. Всі інші операції роботи пристрою при безперервному режимі аналогічні операціям при роботі пристрою за періодичним режимом. Установка оснащена замкнутим контуром оборотної води і ємністю для води 23. Як паливо для пальників 3 використовується пічне паливо і дизельна фракція, які подаються в ємність для палива 12, а також вуглеводневий газ. Газ із газгольдера 22 може використовуватися в інших енергетичних установках. У процесі термічної деструкції за даним способом застосовують каталізатор у вигляді титанових спіралей, одержаних скручуванням смужок титану шириною 5-20 мм і товщиною 0,51,5 мм. При цьому діаметр спіралі становить 10-30 мм, довжина становить 0,1-1 м. а крок спіралі складає 10-40 мм. Поверхня титанових спіралей попередньо оброблена 1-2 % плавиковою кислотою. Титанові спіралі завантажуються в колонку каталізатора 5, теплообмінник 6. куб-збірник 7, депарафінізатор 8 та колону ректифікації 15. Перед завантаженням в колонний апарат титанові спіралі збирають в касети 26 (фіг. 5-8). Діаметр касети 26 дорівнює внутрішньому діаметру апарата. Як видно з фіг. 5-8, в касету спіралі укладені паралельно одна одній і паралельно бічній твірної касети. Тобто якщо касета стоїть вертикально, то і спіралі розташовуються вертикально, а якщо касета розташовується горизонтально, то і спіралі будуть розташовуватися горизонтально. У колонних апаратах розташування спіралей переважно вертикальне. У колонці каталізатора 5 касета 26 розташована горизонтально. При цьому для гвинтової насадки все одно як її укладати - горизонтально чи вертикально. Причому при малих значеннях діаметрів апаратів (до 1000 мм) зручніше завантажувати насадку в "стоячому положенні", тобто має місце вертикальне розташування касети. Як каталізатор використовують гетерогенний каталізатор у вигляді смужок з титану, скручених в спіралі, причому кожну спіраль попередньо скручують в один або в різні боки, отримуючи в другому випадку спіралі лівого і правого обертання, причому використовують смужки, що закручені всі спіралями в один або в різні боки кожна. Спіралі укладають скрученими в одну сторону кожна, або з чергуванням рядів з правим і лівим напрямком обертання кожна. Парогазовий потік, проходячи через такий шар спіралей, розділяється на безліч струменів, які в другому випадку закручуються або в один, або в різні боки при контакті зі спіралями, перетинаються один з одним, перемішуються і постійно змінюють напрямок обертання, що інтенсифікує процес тепломасообміну. При цьому використовують як регулярне, так і нерегулярне розміщення (пучків) спіралей в перетині апарату або пристрою (в колонних апаратах, касеті, трубках теплообмінників). Також поєднанням спіралей з чергуванням односпрямованісті і різноспрямованості можна регулювати напрямок руху, швидкість, концентрацію парогазового потоку, а також швидкість протікання процесу тепломасообміну в колонці каталізатора. У трубки теплообмінників завантажують пучки до 3-4 спіралей різного напрямку обертання (фіг. 5-8). Було встановлено, що найбільш ефективно вищевказаний процес відбувається при заявлених конструктивних параметрах, матеріалі і засобах обробки поверхні гетерогенного каталізатора. Попередній нагрів куба-збірника 7 і куба ректифікаційної колони 15 наливними газами, а також використання двох і більше реакторів зі знімними (мобільними) топками дозволяє прискорити процес і забезпечити безперервність процесу фракціонування вуглеводнів. У той же час проведення фракціонування (виділення) вуглеводнів в чотири стадії підвищує чіткість поділу і. відповідно, якість кінцевих продуктів, які відповідають чинним стандартам. Приклад реалізації винаходу Використовують безперервний режим переробки відходів пластмас. Для термічної деструкції застосовують каталізатор у вигляді титанових спіралей, одержаних скручуванням 10 UA 109871 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 смужок титану шириною 10 мм і товщиною 1 мм. При цьому діаметр спіралі становить 10 мм, довжина становить 0,5 м, а крок спіралі складає 20 мм. Поверхня титанових спіралей попередньо оброблена 1 % плавиковою кислотою. Титанові спіралі завантажуються в колонку каталізатора 5, теплообмінник 6, куб-збірник 7, депарафінізатор 8, колону ректифікації 15. Перед завантаженням у колонний апарат титанові спіралі також збирають в касети 26. Діаметр касети дорівнює діаметру апарата. У колоні касети встановлюють вертикально одна біля одної (чи одна на одну) на всю висоту насадкової частині колони. У трубки теплообмінників завантажують пучки з 4-х спіралей різного напрямку обертання (фіг. 5-8). Об'єм куба-збірника визначають по залежності: Vн=2Qн, 3 де Qн - продуктивність установки по пічному паливу за одну годину, м /год.; Vн - об'єм куба3 збірника вуглеводнів, м Обчислені значення виявилися рівними: Qн - продуктивність установки по пічному паливу за 3 3 одну годину Qн=0,125 м /год., тоді Vн=2Qн=0,25 м . Включають шнековий живильник і починають подачу заздалегідь підготовленого полігонного ПЕ і ПП у реактор термічної деструкції 1. Включають паливний пальник 3, використовуючи як паливо пічне або дизельне паливо власного виробництва. Паливні гази від пальника з температурою 700 °C направляють в кип'ятильник куба 7 і ректифікаційної колони 15. Подають воду в теплообмінник 18. Далі нагрівають вміст реактора термічної деструкції 1 (відходи пластмас у вигляді ПЕ і ПП) зі швидкістю 3 °C/хв. При досягненні температури в кубі ректифікаційної колони 15 значень 180 °C припиняють подачу паливних газів з реактора термічної деструкції 1 шляхом закриття шибера 13. При досягненні температури в кубі 7 значень 340 °C припиняють подачу паливних газів в кип'ятильник куба шляхом закриття шибера 9. При досягненні температури парів значень 340 °C в теплообмінник 6 подається оборотна вода для охолодження парогазової суміші вуглеводнів. Змінюючи витрату води в теплообміннику 6, підтримують температуру в кубі 7, що становить 340 °C. При досягненні температури після депарафінізатора значення 240 °C у дефлегматор подається вода. При досягненні температури верху ректифікаційної колони 15 значення 58 °C у дефлегматор подають воду. При досягненні в реакторі 1 робочої температури 470 С паливний пальник переводять на роботу на вуглеводневому газі власного виробництва. Режим керування процесом переводять з ручного в автоматичний. Якість дизельного палива (температура спалаху, фракційний склад) регулюють температурою у нижній частині ректифікаційної колони 15, яка становить 180 °C. Якість бензинової фракції (густину, фракційний склад і кінець кипіння) регулюють температурою на виході з ректифікаційної колони 15. Температуру верху ректифікаційної колони в діапазоні 58 °C підтримують подачею води в дефлегматор 14 ректифікаційної колони 15. У теплообміннику 18, який охолоджується зворотною водою, конденсуються пари бензинової фракції і вода. У газоводовідокремлювачі 19 відбувається відділення води і вуглеводневого газу від бензину. Вуглеводневий газ, який не конденсується, направляють на пальник 3 для нагріву реактора термічної деструкції 1, а надлишковий вуглеводневий газ збирають у збірнику газу (газгольдері) 22. Вода і бензин надходять у відповідні збірники 20 і 21. Дизельне паливо через теплообмінник 16, який охолоджується водою, надходить у збірник 17. Важку фракцію (пічне паливо) з куба 7 виводять через теплообмінник 10, який охолоджується водою, до збірника нічного палива 11. Відбір коксу з реактора 1 здійснюють безперервно за допомогою шнека в збірник коксу 4. Питомі витрати палива на наведений приклад реалізації способу складають 70 %, води 50 %, а вихід світлих продуктів (бензину і дизпалива) вище на 8 % у порівнянні з прототипом. Відомості, які підтверджують можливість здійснення винаходу. Попередній нагрів куба-збірника 7 і куба ректифікаційної колони 15 паливними газами, а також використання двох і більше реакторів зі знімними (мобільними) топками дозволяє прискорити процес і забезпечити безперервність процесу фракціонування вуглеводнів. У той же час проведення фракціонування (виділення) вуглеводнів у чотири стадії підвищує чіткість розподілу і, відповідно, якість кінцевих продуктів, що відповідають чинним стандартам. Пропонована технологія економічно ефективніше технології прототипу, оскільки питомі витрати палива на процес складають 70 75 %, а води 50-60 % порівняно зі способом і пристроєм прототипу. Також у розробленому технічному рішенні вихід світлих продуктів 11 UA 109871 C2 (бензину і дизпалива) вище на 5-8 %, якість бензину відповідає ГОСТ Р 51105-97 "Неетилований бензин", а дизельне паливо відповідає ГОСТ 305-82 "Паливо дизельне Л-0,0540". 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Спосіб термічної деструкції відходів поліетилену та поліпропілену, реалізований як при періодичному, так і при безперервному режимах переробки відходів вищевказаних пластмас, що включає завантаження попередньо подрібнених і очищених від домішок відходів вищевказаних пластмас у піролізну піч, яка містить реактор термічної деструкції і топку з паливним пальником, нагрів їх паливним пальником в реакторі термічної деструкції в межах 450-480 °C, термічне розкладання вихідної подрібненої і очищеної сировини в реакторі термічної деструкції без доступу повітря з одержанням на виході з реактора термічної деструкції парогазової суміші, її подачу в колону каталізатора, причому після фракціонування продуктів деструкції одержують газ та рідке паливо, подальше охолодження фракціонованих продуктів в теплообмінниках і вивантаження коксу з реактора термічної деструкції, при цьому утворені бензин і воду розділяють за рахунок різниці їх густини, а розділення рідких компонентів і вуглеводневого газу з парогазової суміші вуглеводнів, що утворилися в процесі термічної деструкції, проводять поетапно, який відрізняється тим, що при періодичному режимі використовують не менше ніж два реактори термічної деструкції, які використовують при роботі по черзі, при цьому топку з паливним пальником виконують мобільною, а після від'єднання гарячої топки від реактора термічної деструкції останній переводять в режим охолодження з можливістю його охолодження повітрям, що подається від газодувки або вентилятора пальника, одночасно здійснюючи приєднання ще гарячої топки до другого холодного реактора термічної деструкції, за час нагрівання реактора термічної деструкції забезпечують попередній розігрів і підтримання наперед заданої температури в кип'ятильнику куба-збірника вуглеводнів і в кип'ятильнику куба ректифікаційної колони шляхом подачі в них паливних газів, що утворюються від згоряння палива в паливному пальнику реактора термічної деструкції, при цьому подачу паливного газу, що утворюється від згоряння палива в паливному пальнику, припиняють при досягненні температури в кубі-збірнику в межах 300-360 °C, а в кубі ректифікаційної колони підтримують температуру в діапазоні 160-220 °C, яку регулюють зміною температури парогазової суміші після депарафінізатора і у верхній частині ректифікаційної колони, при цьому виділення або фракціонування рідких компонентів з парогазової суміші вуглеводнів, що утворилися в процесі термічної деструкції, проводять в чотири етапи, причому на першому етапі конденсують висококиплячі компоненти парогазової суміші в теплообміннику, охолоджуваному водою, при температурі 300-360 °C, яку регулюють шляхом зміни подачі води в теплообмінник, на другому етапі конденсують парафіни в колоні, що служить депарафінізатором, при температурі 180-300 °C, яку регулюють подачею води в дефлегматор депарафінізатора, при цьому сконденсовані висококиплячі вуглеводні і парафіни, що утворюють фракцію пічного палива, витримують в кубі-збірнику при температурі 300-360 °C, забезпечуючи відпарювання легких фракцій, на третьому етапі поділяють фракції бензину і дизельного палива в ректифікаційній колоні, забезпечуючи температурний режим у верхній частині ректифікаційної колони в діапазоні 35-100 °C, а в нижній частині ректифікаційної колони забезпечують температурний режим в діапазоні 160-220 °C, на четвертому етапі конденсують в теплообміннику пари бензину і води при температурі 20-35 °C, при цьому як каталізатор використовують гетерогенний каталізатор у вигляді смужок з титану, закручених у спіралі, причому кожну спіраль попередньо закручують в один або в різні боки, одержуючи в другому випадку спіралі лівого і правого обертання, причому використовують смужки, закручені спіраллю в один бік кожна, або закручені всі спіралями в різні боки кожна, а смужки з титану поміщають в кубі-збірнику, в трубках теплообмінника, в якому конденсуються висококиплячі компоненти парогазової суміші, в трубках дефлегматора депарафінізатора і в трубках дефлегматора ректифікаційної колони. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що здійснюють подачу паливних газів з температурою 600-900 °C у кип'ятильник куба-збірника вуглеводнів і в куб ректифікаційної колони. 3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що об'єм ємності куба-збірника вибирають з умови, згідно з якою час перебування пічного палива у вигляді суміші вуглеводнів в ньому було достатньо для забезпечення повного відпарювання легких фракцій. 4. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що при роботі в періодичному режимі об'єм кубазбірника вуглеводнів визначають за залежністю V п=2Qп, 3 де Qп - продуктивність установки по пічному паливу за один цикл роботи, м /цикл, 12 UA 109871 C2 3 5 10 15 20 25 30 Vп - об'єм куба-збірника вуглеводнів, м . 5. Спосіб за п. 2. який відрізняється тим, що при роботі в безперервному режимі об'єм кубазбірника вуглеводнів визначають за залежністю: Vн=2Qн, 3 де Qн - продуктивність установки по пічному паливу за одну годину, м /год, 3 Vн - об'єм куба-збірника вуглеводнів, м . 6. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що використовують смужки з титану шириною 5-20 мм, товщиною 0,5-1,5 мм, які в скрученому вигляді мають діаметр 10-30 мм, довжиною 0,1-1 м, з кроком спіралі 10-40 мм. 7. Спосіб за п. 6, який відрізняється тим, що титанові спіралі попередньо протягом 0,5-1 год. обробляють контактуванням з 1-2 % плавиковою кислотою при температурі 30-40 °C. 8. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що смужки з титану, закручені в спіралі, використовують як масообмінну насадку в депарафінізаторі і в ректифікаційній колоні. 9. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що депарафінізатор виконують у вигляді колонного апарата, нижня частина якого заповнена як регулярною, так і нерегулярною масообмінною насадкою, виконаною у вигляді титанових спіралей, і що має вільний перетин 90-93 %. 10. Спосіб за п. 9, який відрізняється тим, що нерегулярну масообмінну насадку виконують у вигляді титанових спіралей, завантажених в навал, при довжині спіралі 0,1-0,2 м. 11. Спосіб за п. 9, який відрізняється тим, що регулярну масообмінну насадку виконують у вигляді титанових спіралей, зібраних у касети, при довжині титанових спіралей до 1 м. 12. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що зверху депарафінізатора встановлюють кожухотрубний теплообмінник, який служить дефлегматором, а при піднятті парів вуглеводнів вгору по трубках депарафінізатора, в яких попередньо розміщують титанові спіралі різного напрямку обертання, забезпечують умови для конденсації і стікання парафінів по них униз, створюючи потік флегми, за допомогою якої, в свою чергу, забезпечують зрошення масообмінної насадки. 13. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що нагрівають вміст реактора термічної деструкції зі швидкістю 1,5-4 °C/хв. 14. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що піроліз проводять в реакторі термічної деструкції при тиску 0,01-0,07 МПа. 13 UA 109871 C2 14 UA 109871 C2 Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 15