Спосіб термохімічної переробки твердих органічних відходів

1. Спосіб термохімічної переробки твердих органічних відходів, при якому відходи подають у реактор, нагрівають і піддають піролізу газоподібним теплоносієм, виводять із реактора піролізні гази та твердий залишок, газоподібні та рідкі продукти реакції направляють на ректифікацію, який відрізняється тим, що тверді органічні каучуковмісні відходи, однорідні або армовані синтетичними волокнами і металом, обробляють у реакторі періодичної дії при темпе 3 45291 4 До причин, які перешкоджають досягненню відходи, однорідні або армовані синтетичними вказаного нижче технічного результату при виковолокнами та металом, обробляють у реакторі ристанні відомого способу, відносяться ті що відоперіодичної дії при температурі 300 – 530°С перемим способом передбачено переробляти подрібгрітою парогазовою сумішшю у присутності кислонені, очищені від армуючи х матеріалів відходи, тного гідролітичного агента та екстрагента, вибрадля чого потребуються великі енергетичні затрати ного із кетонового ряду, причому, парогазову та затрати на виготовлення обладнання для техсуміш пропускають швидкісними струменями в нологічної лінії. об'єм матеріалу, який перероблюється. Тверді органічні відходи - старі гумотехнічні Особливість також полягає в тому, що перегрівироби, побутові гумові відходи, які піддалися сита парогазова суміш містить у відсотках за масою: льному старінню, особливо під дією сонячних кислотний гідролітичний агент - 0,25 – 1, екстпроменів, від атмосферного впливу або навантарагент - 0,1 – 0,25 по відношенню до синтетичних жень, останнім часом все більше привертають армуючих волокон. увагу як потенційне джерело отримання нафтової Крім того, використовують 1, 2, 3 ... реакторів, сировини. Зокрема, зношені автомобільні покришякі включаються послідовно. ки, які в силу матеріалоємкості, є найбільш розпоПри переробці твердих органічних відходів, всюдженим видом твердих органічних відходів, в зокрема, суцільних автомобільних та авіаційних процесі експлуатації втрачають за рахунок знопокришок, у реакторі здійснюють процес піролізу шення близько 15 – 20 відсотків своєї початкової при температурі 300 – 530°С. Піроліз розпочинамаси, тобто 75% витрачено на їхнє виробництво ється у поверхневих шарах матеріалу. Перегріта каучуку - це цінна сировина. Всі основні матеріали, парогазова суміш, яка подається в реактор, висоякі містяться у зношених покришках, зберігають кошвидкісними струменями знімає поверхневі піструктур у і властивості, близькі до початкових. ролізні гази, відкриваючи доступ хімічним реагенГума, як конструкційний матеріал, піддається нетам до слідуючи х прошарків, а кислотний значним структурним змінам, що обумовлено пригідролітичний агент та екстрагент, який міститься у сутністю речовин, які перешкоджають старінню та ній, окислюють і екстрагують синтетичні армуючі які затримують процес окису. Ті ж принципові заматеріали і гуму, сприяють виведенню продуктів кономірності характерні і для армуючи матеріалів, піролізу із зони реакції, відкриваючи доступ реагенаприклад, синтетичного кордного волокна. Ментам до наступних шарів матеріалу. Одночасно із тал, який міститься у покришках, добре захищений гуми екстрагуються (вимиваються) наповнювачі і не притерплює змін при експлуатації виробу. (активатори, прискорювачі), які так само сприяють Одним із можливих і найбільш перспективним прискоренню процесу піролізу. напрямком комплексної переробки гумових втоПарогазова суміш є сильним розчинником орринних ресурсів є метод піролізу - термічної або ганічних з'єднань, зокрема, гумових сумішей, ретермохімічної переробки, у результаті якого отричовин, які входять до їх складу і складу синтемують паливні масла, гази, вуглецевий залишок, тичних армуючи х матеріалів (кордних волокон). Цей метод економічний, потребує порівняно невеКількість гідролітичного агента і екстрагента, ликих капвкладень і в основному відповідає вимонаведених у формулі винаходу, дібрано експеригам захисту о точуючого природного середовища. ментально у взаємозв'язку з параметрами техноОднак, слід відзначити, що утилізація і перелогічного режиму і особливостями синтетичних робка автомобільних та інших покришок, які за армуючих (кордних) матеріалів. своєю масою є основною органічною сировиною, Піроліз проводять при відносно низькому темпов'язана із труднощами їх збирання та транспорпературному режимі 300 – 530°С, виходячи із того, тування. що при більш низькій температурі – процес пракТому заявляється періодичний спосіб, відтвотично нерезультативний, а при більш високій рюваний на установці порівняно невеликої потуж·зменшується вихід рідкої фракції (табл. 1); ності. при подальшому підвищенні температури до Задача полягає у розробці низькотемператур700° і 800° - відбувається збільшення виходу газоного періодичного способу переробки твердих орвої фази. При виробничій необхідності цей резульганічних каучукомістких відходів. тат прийнятний, однак, заявник вважає оптимальТехнічний результат - сумісна переробка твену температуру 300 – 530°С. рдих органічних каучукомістких відходів, як одноДля стабілізації процесу, запобігання пікових рідних, так і армованих різноманітними матері(максимальних і мінімальних) виходів піролізного алами, зокрема, синтетичним кордним волокном і газу, процес здійснюють за допомогою включення металом, в основному зношених автомобільних та реакторів (наприклад, 2-го, 3-го, 4-го) з інтервалом авіаційних покришок, і, як правило, суцільних, з 40 - 60 хвилин, що так само ув'язано з кількістю отриманням газоподібних продуктів піролізу, палипіролізного газу, який відводиться із реактора. вних масел, твердого вуглецевого залишку (при Отже, ознаки, наведені у формулі винаходу, цьому найбільш прийнятні рідкі продукти), спонеобхідні і достатні для досягнення потрібного собом термохімічної переробки твердих органічних технічного результату. відходів, при яких відходи подають в реактор, наВинахід ілюструється таблицями 1 і 2. грівають і піддають піролізу газоподібним теДані, які підтверджують можливість виконання плоносієм, виводять із реактора піролізні гази та винаходу з о триманням вищезазначеного технічтвердий залишок, газоподібні і рідкі продукти реаного результату, полягають в такому. кції направляють на ректифікацію, особливість Старі гумові вироби, переважно автомобільні і полягає в тому, що тверді органічні каучукомісткі авіаційні покришки, очищують від бруду та механі 5 45291 6 чних домішок і, за можливістю, сортують в залежлів, зокрема, синтетичного кордного волокна і ності від розміру і з урахуванням вмісту окремих очищують доступ хімічним реагентам до слідуючих видів каучук у. Розсортування проводять з метою шарів. Активний агент і екстрагент, які містяться у добору достатньо однорідної сировини, і, як насліпарогазовій суміші, реагують із сажовими частками док, стабілізації процесу піролізу, отримання провуглецю, підвищуючи вихід олефінових вуглеводдуктів із заданими властивостями. нів і знижуючи завуглецювання трубопроводів та У парогазовому генераторі готують парогазову обладнання. Термодинамічний фактор - швидкість суміш, яка складається із гострої (перегрітої) пари, нагрівання оброблюваного матеріалу 17 – 20°С за кислотного гідролітичного агента із розрахунку хвилину так само сприяє активізації часток сиро0,25 - 1 та екстрагента 0,1 - 0,25 відсотків за мавини, активатори і прискорювачі, що входять до сою по відношенню до маси синтетичних армуюскладу гуми, прискорюють деструкцію особливо чих матеріалів. Як варіант, гідролітичний агент і продуктивно у середовищі парогазової суміші. екстрагент можна вводити до парогазової суміші Кількість кислотного гідролітичного агента, що безпосередньо у реактор. вводиться у парогазову суміш для деструкції синТверді органічні відходи; кускові, подрібнені тетичних армуючих матеріалів, наприклад, кордабо суцільні зношені покришки, переважно, автоних волокон, які складають приблизно 1/6 частину мобільні і авіаційні, завантажують у металевий маси покришки, підібрано експериментальне і кошик, який розміщують у попередньо розігрітий складає 0,25 – 1 відсоток розрахункової маси ардо температури 450°С реактор. Пристрій складамуючого матеріалу. ється із декількох реакторів» наприклад чотирьох, Кількість екстрагента, вибраного із кетонового які включаються до роботи послідовно з розрахоряду і призначеного для естрагування (вимивання) ваним інтервалом 40 - 60 хви лин для забезпеченорганічних складових (пластифікаторів, моня стабільної роботи обладнання без пікових (макдифікаторів, активаторів), так само підібрано екссимальних і мінімальних) виходів піролізного газу. периментальним шляхом ї складає 0,1 – 0,25 відОскільки 2-й, 3-й та наступні реактори і їх робота сотка від маси армуючого матеріалу. аналогічні першому реактору, опис способу приПроцес піролізу розпочинається через 10 – 15 ведено на один реактор. хвилин після завантаження реактора. Процес ведуть 2 – 2,5 години при температурі 300 – 530°С, Таблиця 1 причому, температур у у реакторі різко підвищують до 530°С протягом години. Час піролізу та темпеЯкісний і кількісний склад продуктів піролізу (у ратура у реакторі залежать від складу сировини, відсотках за масою) у залежності від температуряка перероблюється (відходів), розміром завантаного режиму жених часток (кусків) та Іншими факторами. Піролізні гази, що утворюються у процесі піролізу, пропускають через колектор, розширювач та Температура, °С охолоджувач, у якому додатково охолоджують до температури 40 – 60° зрошенням рідким піролізатом, який подається у розбризкувач. Із охолоджу300 470 530 700 800 вача частину одержаної рідкої фракції відводять через систему збірників на склад, частину - у наТвердий продукт 47 36,2 60,5 52 44 (пірокарбон) ступні (2-й, 3-й, 4-й) реактори у якості циркуляційного конвективного потоку, ще частину - через Рідкий продукт 25 41,2 30,3 28 17,7 холодильник на охолоджувач піролізного газу. Газову фракцію із охолоджувачів виводять у компресор, стискують до необхідного об'єму і поПіролізний газ 27 5,2 6,8 18,2 26,7 дають у ресивер, з якого частина повертається у виробництво (на спалювання у вогневий підігріВтрати Ρ е ш т а вач), частину - для опалення, частину - зовнішньому споживачу. Різке припинення виділення рідкої фракції Через посадочне гніздо в реактор подають паозначає закінчення процесу. Підігрів реактора відрогазову суміш, що містить гостру пару, гідролітиключають, одночасно припиняють подачу піролізчний агент та екстрагент. Парогазову суміш пропуного газу на циркуляцію і подачу газової суміші. скають через перфорований стовбур Реактор продувають вуглекислим газом для завантаженого кошика для додаткового перегрізнищення горючих газів. Твердий вуглецевий завання, і через отвори у стовбурі подають в об'єм лишок, який утворився у процесі піролізу, обробвідходів, які знаходяться всередині кошика, переляють протягом 15 хвилин сумішшю пари, азоту та важно суцільних автомобільних покришок, причовуглекислого газу для карбонізації вуглецевого му, різкий температурний стрибок забезпечує базалишку, потім зрошують водою ("душують"). гатократне збільшення об'єму (в декілька сотень Після продування робочого реактора та "дуразів) перегрітою парогазовою сумішшю і високошування" гарячий кошик з твердим вуглецевим швидкісне її витікання. Швидкісні струмені парогазалишком (коксом та металевими відходами) вийзової сумішші, які містять гідролітичний агент і ексмають і опускають у випарювач, де вуглецевий трагент, оброблюють покришки у напрямку залишок обробляють ненасиченою парою та ховпродовж центральної осі до внутрішніх стінок, лодною водою для карбонізації, окислення та охознімаючи поверхневий шар піролізного газу, що лодження. Після обробки кошик виймають із випаутворюється на поверхні гуми і армуючих матеріа 7 45291 8 рювача і вміст висипають в бункер. Вихід продуктів у відсотках за масою: При безладному падінні вуглець легко відотвердий продукт (пірокар52; кремлюється від металевого корду. Метал уловбон) люють електромагнітами, складують. Технічний рідкий продукт 17,7; вуглець калібрують ї розфасовують. піролізний газ 27,7; Приклад 1. втрати і метал. решта Автомобільні або авіаційні покришки у кількості 270кг завантажують у завантажувальний кошик, Із наведених прикладів випливає, що максиякий розмішують у попередньо розігрітий до теммальний вихід найбільш прийнятних для заявника ператури 450°С реактор. Процес ведуть як описарідких продуктів піролізу досягається при темпено вище при температурі піролізу 300°С. Піролізні ратурі 300 – 530°С. гази виводять у процесі реакції. По закінченні проПродуктами піролізу є: цесу реактор продувають, твердий залишок "дугазоподібні продукти (піролізні гази), які відрізшують", завантажувальний кошик виймають і опусняються високим вмістом водню і метану, викорикають в ємність - випарювач, у якому обробляють стовуються у власному виробництві і в якості паводою та парою для карбонізації вуглецевого залива споживачами; лишку. рідкі продукти (суміш рідких вуглеводнів) блиВихід продуктів у відсотках за масою: зькі за своїми фізико-хичними показниками до твердий продукт (пірокарбон) 47; окремих видів важких нафтопродуктів, викорирідкий продукт 25; стовуються у якості пічного палива, нафтових мапіролізний газ 27; сел та т. п.; втрати решта; твердий вуглецевий залишок пірокарбон (зраа так само метал, вихід якого від режиму пірозки пірокарбону за своїми показниками можуть лізу практично не залежить. значно відрізнятися одне від одного), і використоПриклад 2. вуються у виробництві активованого вугілля, як Процес ведуть за прикладом 1 при температузамінювач аморфного графіту, у металургії та інрі 470°С. Вихід продуктів у відсотках за масою: ших галузях промисловості; твердий продукт (пірокарбон) 36,2; метал, який майже не змінюється у процесі рідкий продукт 41,2; експлуатації і при низькотемпературному піролізі піролізний газ 5,2 направляють у переплавку. втрати і метал. решта Характеристики продуктів піролізу наведені у Приклад 3. таблиці 2. Процес ведуть за прикладом 1 при температурі 700°С. Таблиця 2 Склад продуктів піролізу Газоподібні продукти: - Температура процесу 300°С 530°С 700°С 800°С кисень, О2 0,07 0,8 0,6 0,5 азот, N2 1,9 6,2 3,0 3,2 окис вуглецю, CO 0,13 3,9 2,4 3,0 водень, Η2 11,4 17,6 25,0 41,0 11,0 8,9 3,4 37,3 23,6 26,5 37,1 С2Н6 11,33 9,3 7,8 2,4 С2Н4 18,03 6,0 9,1 9,0 C3H8 3,39 3,9 2,1 0,1 С3Нб 11,66 3,6 0,2 С4Н6 2,02 12,1 11,8 С4Н10 та ви ще 3,01 2,0 2,6 0,3 1,46 1,06 0,77 - Склад газу, % (об.): двоокис вуглецю, CО2 метан, СН4 - густина, кг/м 3 9 45291 10 Продовження табл. 2 Газоподібні продукти: - теплота згоряння, КДЖ/м 3 49740 46860 29310 - теплотворна здатність, ккал/кг 12400 11500 7300 - легка фракція при температурі 40 - 150°С, % мас. 41,2 49 37,5 - важка фракція вище 150°С, % (мас) 58,8 50,9 62,5 - калорійність, кДЖ/кг 44215 42080 25620 - густина, кг/м 3 880,6 973 1125 - легкі 36,2 20,1 3,6 - вуглець 84,1 85,7 86,1 - водень 3,6 2,1 0,96 - сірка 0,9 0,6 0,9 - кисень + азот 3,3 2,6 2,0 - зольність, % 7,0 8,1 9,2 35350 33390 31080 Рідкі продукти: Тверді продукти: - Масовий вміст, % - теплота згоряння, кДЖ/кг Таким чином викладені дані свідчать про виконання при використанні заявленого способу такої сукупності умов: - спосіб, який заявляється, при його здійсненні призначено для використання у промисловості, а саме, для переробки твердих органічних промислових та побуто вих відходів, зокрема, зношених автомобільних та авіаційних покришок, і може бути використаним в енергетичній та хімічній галузях промисловості; - для заявленого способу у тому вигляді, як він охарактеризований у незалежному пункті викладеної формули винаходу, підтверджена можливість його здійснення з допомогою засобів і мето дів, які наведені в заявці. Перевага способу, який заявляється, полягає в тому, що спосіб економічний, вимагає порівняно невеликих капіталовкладень і в основному відповідає вимогам захисту навколишнього природного середовища; при цьому з 1000кг зношених покришок можна отримати приблизно 133кг сталі, 425кг технічного вуглецю, 303кг рідкої фракції і 104кг піролізних газів. Особливо важлива перевага полягає у тому, що процес, який заявляється, ведуть при порівняно низькій температурі і при цьому переробляють не тільки подрібнені відходи, але в основному суцільні покришки сумісно із металевими та армуючими матеріалами. ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул. Сім’ї Хо хлових, 15, м. Київ, 04119, Україна (044) 456 – 20 – 90