Спосіб термічної деструкції відходів поліетилену і поліпропілену

Реферат: Спосіб термічної деструкції відходів поліетилену і поліпропілену, що включає завантаження заздалегідь подрібнених і очищених від домішок відходів в реактор термічної деструкції, нагрів реактора термічної деструкції паливним пальником, фракціонування продуктів деструкції в колоні ректифікації із одержанням газу і рідкого палива, охолодження продуктів в теплообмінниках, вивантаження коксу з реактора термічної деструкції, крім того нагрів і підтримання температури в кубі колони ректифікації здійснюють паливними газами, а температуру продуктів деструкції, що надходять в куб колони, стабілізують на рівні 320-340 °C шляхом охолодження в теплообміннику. UA 77844 U (12) UA 77844 U UA 77844 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способів утилізації промислових і побутових відходів пластмас, зокрема поліетилену і поліпропілену, а саме термічної деструкції вказаних відходів для одержання моторних палив (бензину, дизельного палива), пічного палива, газу і вуглецевого залишку (коксу). У світовій спільноті спостерігається стійка тенденція до збільшення полімерів в твердих побутових відходах, проте утилізації піддаються всього лише 10 % полімерних відходів. Відомо багато способів вторинного використання поліетилену і поліпропілену. У більшості цих способів пропонуються різні методи і пристрої формування виробів з відходів пластмас. Основним недоліком цих способів є те, що механічні властивості виробів з вторинних пластмас погіршуються на 15-20 % в порівнянні з вихідними виробами [F. La Mantiy European Polymer Journal 1984, v.20, p. 993]. Відомий спосіб утилізації відходів поліетилену [RU 2106365, МПК COBJ 11/04, С10М171/04, 10.03.1998], згідно якому заздалегідь подрібнений поліетилен піддають фракціонуванню в киплячому розчиннику на розчинну золь- і нерозчинну гель-фракції з розділенням і промиванням продуктів фракціонування, а потім окремо для кожної фракції проводиться низькотемпературний піроліз у вакуумі. Основними недоліками цього способу є застосування в технології токсичних розчинників та багатостадійність процесу. Найбільш близький по технічній суті до корисної моделі, що заявляється, є спосіб термічної деструкції органічної сировини, що реалізовується на установці, що 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 [UA 45455, МПК (2009) C10G 1/00, 10.11.2009]. Недоліками даного способу є: низька ефективність і економічність проведення процесу термічної деструкції органічної сировини. Це пов'язано з тим, що згідно технологічному режиму, протягом одного циклу роботи установки (від завантаження сировини до вивантаження твердого залишку) проводять двократний нагрів і двократне охолодження продуктів деструкції, що приводить до значних витрат палива на нагрів і холодоагенту (води) на охолодження. Крім того, при періодичній роботі установки дуже складно добитися синхронної роботи колони ректифікації з піролізною піччю, що позначається на якості готових продуктів - бензину і дизпалива. Технічна задача, що вирішується корисною моделлю, полягає в підвищенні економічності і ефективності процесу утилізації органічної сировини, зокрема поліетилену і поліпропілену, методом термічної деструкції, а також в підвищенні надійності роботи установки і поліпшеній якості готових продуктів - бензину і дизельного палива. Це досягається тим, що в способі утилізації відходів поліетилену і поліпропілену методом термічної деструкції на установці періодичної дії, що включає реактор термічної деструкції, який розігрівається паливним пальником, теплообмінник парогазової суміші, що виходить з реактора термічної деструкції, колону ректифікації з кубом і дефлегматором, теплообмінники готових продуктів, додаткове устаткування, паливні гази з камери згорання газу через жарові труби реактора термічної деструкції направляють для обігріву куба колони ректифікації, причому на лінії подачі паливних газів в куб колони ректифікації встановлений шибер, за допомогою якого регулюють витрату паливних газів, а отже і швидкість набору температури куба колони ректифікації при періодичній роботі установки, а температуру парогазової суміші, що виходить з реактора термічної деструкції, регулюють до заданого значення шляхом зміни подачі холодоагенту (води) в теплообміннику, при цьому на лінії подачі парогазової суміші з реактора термічної деструкції між реактором і теплообмінником встановлений збірник-пастка, в якому після закінчення періодичного процесу термічної деструкції залишається найбільш висококипляча фракція з температурою кінця кипіння 450-500 °C, яка потім завантажується в реактор термічної деструкції в наступному циклі періодичного процесу як термозріджувач в кількості 10 % від маси початкової сировини. Пропонований спосіб відрізняється тим, що для обігріву куба колони ректифікації використовують паливні гази після камери згорання вуглеводневого газу, а температуру в кубі колони регулюють зміною температури продуктів деструкції, що виходять з реактора термічної деструкції і надходять в куб колони, за рахунок їх охолодження в теплообміннику, а як термозріджувач використовують фракцію з температурою кінця кипіння 450-500 °C, яка накопичується в збірнику-пастці, а потім завантажується в наступному циклі в реактор термічної деструкції в кількості 10 % від маси початкової сировини. На кресленні представлений спосіб термічної деструкції відходів пластмас (поліетилену і поліпропілену). 1 UA 77844 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Полігонний поліетилен і поліпропілен, заздалегідь подрібнений (або гранульований), очищений методом флотації від домішок поліхлорвінілу, поліетилентерефталату, целюлози, ганчірок, гуми та іншого, завантажують через верхній люк в реактор термічної деструкції 1. Туди ж завантажують термозріджувач в кількості 10 % від маси початкової сировини. Внизу реактора термічної деструкції 1 розташована топка з паливним пальником 2, яка може працювати як на рідкому, так і на газоподібному паливі власного виробництва. Нагрівають вміст реактора термічної деструкції 1 із швидкістю 2-3 °C в хвилину. Паливні гази з температурою 700-900 °C проходять через жарові труби реактора термічної деструкції 1 і надходять в куб колони ректифікації 6 для попереднього розігріву колони. По мірі піднімання температури в кубі колони витрату паливних газів плавно зменшують, а досягнувши температури 320-340 °C - припиняють шляхом закриття шибера. Термозріджувач, що знаходиться на дні реактора термічної деструкції 1 в зоні найвищих температур, розігрівається і при температурі 240-260 °C відбувається інтенсивне розчинення поліетилену і поліпропілену в ньому. Під дією сили тяжіння шар пластмаси в реакторі термічної деструкції 1 опускається вниз. При температурі 280-300 °C починається деструкція пластмас. Продукти деструкції у вигляді парогазової суміші з реактора термічної деструкції 1 надходять в збірник-пастку 3, де в осаджувальній камері вони очищаються від твердих часток за рахунок малих швидкостей руху. У теплообміннику 4 пари охолоджують до температури 320-340 °C оборотною водою і направляють в куб 5 колони ректифікації 6, устатковану дефлегматором і контактними пристроями. З верху колони ректифікації 6 виводять, у вигляді пари, фракцію бензину і вуглеводневий газ і подають в теплообмінник 7, де відділяють рідку фракцію бензину. У газоводовідокремлювачі 8 відбувається відділення води і газу від бензину. Горючий газ, що не конденсується, направляють на пальник 2, для нагріву реактора термічної деструкції 1, а надлишковий газ збирають в резервуарі-накопичувачі газу 9 (газгольдері). Вода і бензин надходять у відповідні збірники. Фракцію дизельного палива виводять з колони ректифікації 6 і подають в теплообмінник 10, а потім в збірник. Важку фракцію (пічне паливо) дистиляту накопичують в кубі 5 колони ректифікації і виводять через теплообмінник 11 в збірник. Якості бензину і дизельного палива добиваються шляхом зміни зрошування колони бензиновою фракцією з дефлегматора 12. Процес деструкції пластмас закінчують при температурі 460-475 °C. Пальні з пластмас (в основному вуглець) з його мінеральною частиною, що не перейшли в реакторі термічної деструкції 1 в газову фазу, утворюють твердий коксовий залишок, який після охолодження реактора термічної деструкції 1 вивантажують через нижній люк. Після охолодження збірника-пастки 3 до 50 °C із нього зливають термозріджувач, який потім завантажують в реактор термічної деструкції 1 в наступному циклі. Установка оснащена циклом оборотної води для подачі в теплообмінники. Газ з газгольдера 9 може використовуватися в інших енергетичних установках. В процесі термічної деструкції за даним способом можливе застосування різних каталізаторів. Переваги пропонованого способу в тому, що обігрів куба колони ректифікації здійснюють паливними газами, температуру в кубі колони підтримують зміною витрати паливних газів, а також зміною температури парогазової суміші продуктів деструкції, що виходить з реактора термічної деструкції. Застосування як термозріджувача висококиплячої фракції з температурою кінця кипіння 450-500 °C дозволяє пом'якшувати вплив високих температур на матеріал днища реактора термічної деструкції, а також перешкоджає утворенню кірки вуглецевого залишку (коксу) на дні реактора термічної деструкції на ранніх стадіях процесу нагріву реактора, яка погіршує теплопередачу від днища до пластмаси, що нагрівається. При цьому знижується витрата палива на нагрів і води на охолодження продуктів деструкції, покращується якість фракцій (бензину і дизельного палива). Пропонований спосіб економічно ефективніший за прототип, оскільки питомі витрати палива на процес складають 70-75 %, а води - 50-60 % від прототипу. При цьому досягається велика чіткість фракціонування продуктів колони ректифікації, що дозволяє отримувати бензин і дизельне паливо за якістю, відповідною нормативним показникам. 55 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 60 1. Спосіб термічної деструкції відходів поліетилену і поліпропілену, що включає завантаження заздалегідь подрібнених і очищених від домішок відходів в реактор термічної деструкції, нагрів реактора термічної деструкції паливним пальником, фракціонування продуктів деструкції в колоні ректифікації із одержанням газу і рідкого палива, охолодження продуктів в 2 UA 77844 U 5 10 теплообмінниках, вивантаження коксу з реактора термічної деструкції, який відрізняється тим, що нагрів і підтримання температури в кубі колони ректифікації здійснюють паливними газами, а температуру продуктів деструкції, що надходять в куб колони, стабілізують на рівні 320-340 °C шляхом охолодження в теплообміннику. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що, досягнувши температури в кубі колони 320340 °C, обігрів куба паливними газами припиняють. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що висококиплячу фракцію з температурою кінця кипіння 450-500 °C відбирають після закінчення періодичного циклу із збірника-пастки, розташованого після реактора термічної деструкції, і як термозріджувач завантажують в реактор термічної деструкції в кількості 10 % від початкової сировини в наступному циклі. Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3