Спосіб та установка утилізації відходів органопластикових композиційних матеріалів

1. Спосіб утилізації відходів органопластикових композиційних матеріалів, зокрема корпусів ракетних двигунів твердого палива, що включає температурну обробку корпуса, розміщеного в реакторі циклічної дії, подальшу температурну обробку одержаних газоподібних вуглеводнів, багатоступеневе очищення та нейтралізацію відхідних газів, який відрізняється тим, що цілий корпус розміщують в реакторі за допомогою технологічного контейнера, температурну обробку корпуса здійснюють в середовищі інертного газу при робочій температурі не більш як 600°С і робочому тис 2 (19) 1 3 Винахід відноситься до технологій утилізації виробів та відходів виробництва, виробів з композиційних матеріалів на основі органопластиків та вуглепластиків і може бути використаний для утилізації елементів ракет (корпусів та соплових блоків ракетних двигунів твердого палива (РДТП), а також відсіків), виробів, що завершили свій життєвий цикл, а також твердих побутових відходів (ТПВ). Проблема утилізації ракетного озброєння, зокрема ракет твердого палива, є актуальною для підрозділів Міністерства оборони України у зв'язку з накопиченням у складі їх арсеналів десятків тисяч тонн вказаного озброєння, яке відпрацювало строк гарантійної експлуатації і потребує негайної переробки. Відомий "Спосіб утилізації ракетного двигуна твердого палива" за [патентом України №9340, МПК F42D5/04], виданим Національній академії оборони України, автори Телелім В.М., Гаврилюк А.А. та інші, який грунтується на від'єднанні РДТП від ракети, спалюванні заряду з дроселюванням у камері продуктів горіння з очищенням через фільтр відхідних газів до екологічно чистих норм і дезінтеграції корпусу на фрагменти. Відомий також ["Спосіб утилізації ракетного двигуна твердого палива", докладно викладений у підручнику Чеховских А.В., Денисенко Η.Η. "Утилизация артиллерийских боеприпасов сухопутных войск" (навчально-методичний посібник. - Пенза: ПВА-ИУ, 1998 - 60с], який грунтується на підриванні заряду з корпусом за допомогою накладної вибухівки. До недоліків цих способів слід віднести неповну утилізацію елементів конструкції РДТП, що створює проблему забруднення довкілля. У науці та техніці широко відомі способи переробки твердих органічних відходів. Зокрема, згідно з [патентом РФ № 2160300, МПК F23J15/00 "Установка для переробки твердих органічних відходів у розплаві"], складається з деструктору, допалювальної камери, блока очищення від кислих газів і твердих часток, а згідно з винаходом, камера допалювання містить псевдозріджений шар з інертною насадкою, блок очищення від кислих газів і твердих часток виконаний у вигляді протитечієвого реактору стисненого падіння хемосорбенту, після якого послідовно установлені каталітичний реактор і теплообмінник. До недоліків відомої установки переробки твердих органічних відходів слід віднести значну долю твердих часток відносно похідних відходів, які вилучаються на етапі очищення, що викликає потребу в їх утилізації і зменшує ефективність установки. Найбільш близьким до запропонованого способу за технічною суттю, що дозволяє вибрати його як прототип є "Спосіб утилізації РДТП", докладно викладений у повному описі винаходу за [патентом РФ №2208203 "Установка для піролізу відходів композиційних матеріалів", МПК F23G5/027, F23J15/00], виданому Відкритому акціонерному товариству Науково-виробничому об'єднанню "Іскра" (м. Перм, РФ) автори Соколовський 86158 4 М.І., Карімов В.З., Щербаков Ю.Н., Саков Ю.Л., Вайсман Я.І. Сутність способу-прототипу, що стосується способу утилізації відходів композиційних матеріалів, здебільшого органопластикових корпусів РДТП, полягає у температурній обробці корпусів, розміщених в реакторі циклічної дії в режимі піролізу, подальшій температурній обробці одержаних газоподібних вуглеводнів в режимі допалювання і очищенні та нейтралізації відхідних газів. Особливостями винаходу-прототипу є, зокрема, доокислювання на цирконієвій каталітичній насадці недопалених вуглеводнів та CO в процесі їх термічної обробки в камері допалювання, а також багатоступеневе очищення та нейтралізація відхідних газів, що організована в такій послідовності. Спочатку відхідні гази піддають гомогенному відновленню, що дозволяє відновити оксиди азоту, після чого гази охолоджують і подають в адсорбер, у першому відсіку якого за допомогою активованого вугілля марки АР видаляють поліхлордіоксини і органічні сполуки, а в другому буровугільним напівкоксом видаляють кислі компоненти: хлориди, фториди, оксиди сірки і сполуки ΝΟx. Далі очищені гази подають на волокнистий фільтр, в якому перша ступінь видаляє сажоподібні утворення, частково хлориди, фториди, друга нейтралізує кислі складові, а третя - видаляє крапельну вологу. Після волокнистого фільтру гази через димосос виходять в димову трубу, а рідинні складові через систему збору подають на нейтралізацію. Не зменшуючи позитивних достоїнств способу-прототипу, що полягає в запобіганні екологічному збитку від утилізації органо- і вуглепластиків шляхом термічної обробки на відкритому повітрі і похованні недогорівших останків на спеціальних полігонах, він має і суттєві недоліки. Головний з них полягає в низькій економічній ефективності. Цінну сировину, якою в даному випадку є органопластик, фактично спалюють, не одержуючи будьякого зиску від вуглеводнів, які входять до його хімічного складу. Найбільш близькою до запропонованої установки за технічною суттю, що дозволяє вибрати її як прототип є "Установка для піролізу відходів композиційних матеріалів", що складається з камери піролізу і системи знезараження продуктів допалювання, а також камери допалювання, вузлу гомогенного відновлення азоту, газоохолоджувача, адсорбера з активованим вугіллям і фільтру за [патентом РФ №2208203, МПК F23G5/027, F23J15/00, виданому Відкритому акціонерному товариству Науково-виробничому об'єднанню "Іскра" (м. Перм, РФ), автори Соколовський М.І., Карімов В.З., Щербаков Ю.Н., Саков Ю.Л., Вайсман Я.І.] Сутність установки-прототипу, що стосується утилізації органопластикових корпусів РДТП: камера допалювання обладнана цирконієвою каталітичною насадкою, установленою на виході з камери допалювання і на вході до вузла гомогенного відновлення окислів азоту і змонтованої з ними в одному блоці, фільтр виконаний волокнистим з трьома ступенями очищення з касетами із лавсанової мононитки і пропіленового войлоку, адсор 5 бер виконаний з двох відсіків, один з яких заповнений адсорбентом з активованого вугілля марки АР, другий - заповнений буровугільним напівкоксом, при цьому камера допалювання з цирконієвою каталітичною насадкою і вузлом гомогенного відновлення окислів азоту, газоохолоджувач, адсорбер, волокнистий фільтр послідовно з'єднані з камерою піролізу і один з одним. Не зменшуючи позитивних достоїнств установки-прототипу, що полягає в запобіганні екологічному збитку від утилізації органо- і вуглепластиків шляхом термічної обробки на відкритому повітрі і похованні недогорівших останків на спеціальних полігонах, він має і суттєві недоліки. Головний з них полягає в низькій економічній ефективності. Цінну сировину, якою в даному випадку є органопластик, фактично спалюють, не одержуючи будьякого зиску від вуглеводнів, які входять до його хімічного складу. В основу винаходів поставлена задача удосконалення способу і установки утилізації відходів композиційних матеріалів шляхом вилучення рідких вуглеводнів у процесі термічної обробки органопластиків, що дозволяє підвищити економічну ефективність утилізації. Задача удосконалення способу утилізації відходів композиційних матеріалів, зокрема органопластикових корпусів РДТП, заснованого на температурній обробці корпусів, розміщених у реакторі циклічної дії, подальшій температурній обробці одержаних газоподібних вуглеводнів, багатоступеневому очищенні та нейтралізації відхідних газів вирішується тим, що згідно з винаходом, що заявляється, в реакторі корпуси розміщують цілими за допомогою технологічного контейнеру, температурну обробку проводять при робочій температурі не більш як 600°С і робочому тиску більшому гідростатичному опору системи утилізації по ходу продуктів реакції, при цьому на кожному циклі акумулюють від 40 до 60% теплової енергії реактора і використовують її для попереднього обігріву наступного корпусу послідуючого циклу, далі газові продукти піддають крекінгу, а потім конденсують з них рідку фракцію і подають разом з газовою в цистерну-сепаратор, після чого відхідні гази піддають багатоступеневому очищенню та нейтралізації і використовують в енергетичному забезпеченні способу, при цьому на завершенні кожного циклу систему утилізації продувають інертним газом. При очищенні та нейтралізації відхідних газів їх очищення від галогеновміщуючих газових компонентів виконують в два ступені, між якими проводять нейтралізацію поліциклічних ароматичних вуглеводнів. Задача удосконалення установки утилізації відходів композиційних матеріалів, зокрема органопластикових корпусів РДТП, що складається з реактору температурної обробки корпусів циклічної дії, реактору температурної обробки вуглеводнів та системи очищення та нейтралізації відхідних газів, вирішується тим, що згідно винаходу реактор температурної обробки вуглеводнів виконаний у вигляді реактору крекінгу, який з'єднаний з конденсатором рідкої фракції продуктів розкладу композиційних матеріалів, який з'єднаний з цистер 86158 6 ною-сепаратором і ресивером газів крекінгу, до яких підключений дизель-генератор, при цьому реактор температурної обробки корпусів обладнаний системою акумулювання теплової енергії і з'єднаний трубопроводами з генератором інертних газів. Для доказу причинно-наслідкового зв'язку між суттєвими ознаками винаходів і технічним результатом заявник наводить наступне. Суттєві ознаки способу, що заявляється: - "температурну обробку корпусу проводять при робочій температурі не більш як 600°С, газові продукти піддають крекінгу, а потім конденсують з них рідинну фракцію, яку використовують в енергетичному забезпеченні способу" - є причиною ресурсозберігання в реалізації заявлюваного способу, що в наслідку дозволяє підвищити його економічну ефективність. Інші суттєві ознаки дозволяють підсилити технічний ефект і досягти ще вищого результату при реалізації способу. Суттєві ознаки установки, що заявляється: - "реактор температурної обробки вуглеводнів виконаний у вигляді реактору крекінгу, який з'єднаний з дефлегматором газоходом і далі з конденсатором рідкої фракції продуктів розкладу композиційного матеріалу" - є причиною вилучення з продуктів розкладу вихідної сировини рідкої складової у вигляді вуглеводнів, а точніше моторного палива, яке можливо використовувати для одержання енергії; - "конденсатор рідкої фракції продуктів розкладу композиційних матеріалів з'єднаний трубопроводом з цистерною-сепаратором і ресивером газів крекінгу, до яких підключений дизельгенератор" - у наслідку дозволяють отримувати електричну енергію для використання в технологічному процесі утилізації; - "реактор температурної обробки корпусів обладнаний системою акумулювання теплової енергії і з'єднаний трубопроводами з генератором інертних газів" - дозволяють підвищити економічну ефективність способу, залучивши до подальших циклів утилізації накопичену теплову енергію попередніх циклів. Для доказу можливості промислового використання способу та установки утилізації відходів композиційних матеріалів, опрацьованого для утилізації органопластикових корпусів ракетних двигунів твердого палива, наводяться креслення, на яких зображена установка утилізації. Установка утилізації органопластикових корпусів ракетних двигунів твердого γ палива складається з реактору 1, в який за допомогою технологічного контейнеру завантажують корпус, який утилізують. Реактор 1 обладнаний системою акумулювання 2 теплової енергії на основі теплоакумулюючого матеріалу (ТАМ), цистерн 3 і насосів 4 ТАМ, що об'єднуються в коло циркуляції ТАМ через теплообмінник реактору 1. Всі трубопроводи ТАМ об'єднані в коло циркуляції з цистернами 3 та насосами 4 обладнані електропідігрівом та системою витіснення ТАМ інертним газом. Реактор 1 обладнаний легкоз'ємною кришкою 5, що герметично устанавлюється в верхній його частині. Внут 7 рішній об'єм реактору 1 через трубопровід 6 з'єднаний з генератором інертних газів 7. Реактор 8 температурної обробки вуглеводнів сполучений з реактором 1, виконаний у вигляді реактору температурного крекінгу і трубопроводами 9 з'єднаний з дефлегматором 10 і конденсатором 11 рідкої фракції продуктів розкладу композиційних матеріалів. Конденсатор 11 обладнаний системою водяного охолодження з циркуляційним насосом 12 і апаратом повітряного охолодження з вентилятором 13. Конденсатор 11 з'єднаний трубопроводом 14 з цистерною-сепаратором 15 і ресивером 16 для накопичення відповідно рідкої та газової фракцій газів крекінгу продуктів переробки органопластиків, до яких під'єднаний дизельгенератор 17. Система очищення та нейтралізації відхідних газів процесу виконана у вигляді блоку 18 першого ступеню очищення газів крекінгу від галогеновміщуючих газів за допомогою гідроокису кальцію, блоку 19 нейтралізації поліциклічних ароматичних вуглеводнів (ПАВ) шляхом термолізу і блоку 20 очищення галогеновміщуючих газів після термолізу ПАВ у блоці 19, аналогічного блоку 18. Аварійний викид газів виконують через трубу 21, яка обладнана черговою свічкою-запальником. Для доказу можливості промислового використання заявленого способу наводиться технологічний цикл утилізації органопластикових корпусів РДТП. 1. Підготовка до утилізації. Органопластиковий корпус без розрізання на фрагменти, але з видаленими закладними металевими елементами (шпангоути кріплення роз'ємним з'єднанням кришки та соплового блоку) за допомогою технологічного контейнеру поміщають в у, реактор 1 і закривають легкоз'ємною кришкою 5, обладнаною ущільнуваним елементом. За допомогою генератору 7 інертних газів установку звільняють від повітря і розпочинають попереднє нагрівання корпусу РДТП. » 2. Попереднє нагрівання. За рахунок акумульованого на попередньому циклі тепла у системі акумулювання 3 теплової енергії подають ТАМ за допомогою насосів 4 в теплообмінник реактора 1, що дозволяє до 60% скоротити витрати енергії для утилізації корпусу. 3. Нагрівання і термічна обробка корпусу. Підвищення температури для термічної обробки корпусу до ТрОб не менш як 600°С здійснюють електропідігрівачем. Продукти розкладу в газовій фазі подають в реактор 8 крекінгу через трубопровід 9 і дефлегматор 10, що охолоджують для підтримання стабільного процесу. Це дозволяє виконати додаткову обробку продуктів розкладу з метою одержання компонентів рідкого палива в конденсаторі 11 у вигляді рідкої фракції продуктів розкладу. Охолодження конденсатору 11 забезпечують системою водяного охолодження з циркуляційним насосом 12 і апаратом повітряного охо 86158 8 лодження з вентилятором ІЗ. Суміш рідкої фракції і газоподібних продуктів розкладу подають в цистерну-сепаратор 15 звідки рідку фракцію подають в дизель-генератор 17, який забезпечує весь технологічний процес енергією. Надлишки рідкої фракції накопичуються в цистерні-сепараторі 15 для використання під час наступного циклу роботи установки утилізації. Газоподібній продукти розкладу із цистерни-сепаратора 15 подають на блок 18 першої ступені ψ очищення газів, де видаляють галогеновміщуючі компоненти шляхом їх нейтралізації за допомогою гідроокису кальцію. Нейтралізацію ПАВ здійснюють в блоці 19 термолізу ПАВ. Одержані в результаті його роботи галогеновміщуючі гази нейтралізують в блоку 20 другої ступені очищення газів аналогічного блоку 18. Підготовлені для використання гази розкладу (крекінгу) подають в ресивер 16 і далі в колектор дизельгенератора 17. Аварійний викид газів виконують через трубу 21, яка обладнана черговою свічкою-запальником. 4. Продувка установки для видалення продуктів реакції Після завершення циклу утилізації корпусу установку утилізації продувають інертним газом за допомогою генератора 7. 5. Розхолоджування установки. За допомогою генератора 7 інертних газів звільняють від гарячого ТАМ теплообмінник реактора 1, а також трубопроводи і насоси 4 ТАМ і локалізують останній в цистернах З ТАМ. При досягненні в реакторі 1 температури від 40 до 60°С виконують відкривання кришки 5 реактора 1. Твердий залишок органопластику видаляють одночасно з технологічним контейнером і піддають подрібненню відомим способом. Таким чином, цикл обробки завершений і установка готова для утилізації наступного корпусу. Запропоновані технічні рішення по способу та установці утилізації композиційних матеріалів дозволили: - вперше на Україні реалізувати енергетично самодостатній замкнутий цикл утилізації органопластикових корпусів Ρ ДТП, аналогічних вузлів судно-, авто-, авіабудування методом теплової обробки в замкнутому об'ємі без планових викидів газів і одержанням рідкої фракції вуглеводнів у вигляді палива, придатного для дизельного двигуна; - підвищити екологічну ефективність способу утилізації за рахунок акумулювання до 60% теплової енергії попереднього циклу і використання в дизель-генераторі надлишків дизельного палива, одержаних в попередньому циклі роботи установки; - скоротити викиди відхідних газів під час роботи установки утилізації до об'ємів аварійного зменшення тиску, що складає від 1 до 3об.% утворених газів крекінгу. 9 Комп’ютерна верстка В. Клюкін 86158 Підписне 10 Тираж 28 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