Способ переработки резиносодержащих отходов и установка для его осуществления

 

Использование: для переработки резиносодержащих отходов, например, утилизации изношенных автопокрышек, отходов производства резиновых изделий. Сущность изобретения: в способе переработки резиносодержащих отходов перед термодеструкцией резиносодержащих отходов последние предварительно и последовательно обрабатывают продуктом конденсации парогазовой смеси при 35 - 200^oС до достижения степени набухания 5 - 60 % и суспензией деструктированной резины в высококипящих углеводородах. В установке для переработки резиносодержащих отходов узел термодеструкции содержит горизонтально установленный реактор с вмонтированным теплообменником. Установка снабжена сообщенным с реактором источником суспензии деструктированной резины в высококипящих углеводородах. Установка имеет перепускную емкость для приема продуктов конденсации парогазовой смеси. Вход емкости соединен с теплообменником для кондесации парогазовой смеси. Установка снабжена также связывающей перепускную емкость с реактором насосной магистралью с установленным на выходе перепускной емкости вентилем. Реактор снабжен циркуляционным контуром для продуктов конденсации парогазовой смеси и суспензии в виде обводной трубы, сообщенной с рабочей зоной реактора и снабженной побудителем расхода продуктов конденсации, парогазовой смеси и суспензии. Реактор снабжен барботером. 2 с. и 3 з. п. ф-лы. 1 ил.

Изобретение относится к переработке изделий, в частности к переработке резиносодержащих отходов и применяется для утилизации изношенных автопокрышек, отходов производства резиновых изделий и других резиносодержащих отходов.

Известен способ переработки резиносодержащих отходов, при котором осуществляют термодеструкцию этих отходов при температуре 250-380^оС в среде высококипящих углеводородов с образованием парогазовой смеси и суспензии деструктированной резины в них, их разделение с последующим конденсированием парогазовой смеси. В результате термодеструкции выделяются следующие продукты: парогазовая смесь, суспензия деструктированной резины и армирующие элементы (корд, проволока и другие). Наиболее ценным продуктом является суспензия деструктированной резины, которая используется в качестве добавок к составам различных строительных и других смесей. Однако указанный способ характеризуется длительностью процесса, низкой производительностью, высокими энергозатратами.

Известна установка для переработки резиносодержащих отходов, содержащая узел термодеструкции. соединенный с источником высококипящих углеводородов, приемником для готового продукта и теплообменником для конденсации парогазовой смеси.

Как видно из конструктивного выполнения вышеописанной установки, она имеет эксплуатационные характеристики, не удовлетворяющие современным требованиям эксплуатации установок такого назначения, а именно, требуются большие энергозатраты на проведение технологического процесса, установка неудобна в эксплуатации и не полностью отвечает требованиям техники безопасности эксплуатации, требуя специальных мер защиты обслуживающего установку персонала.

Технический результат изобретения в части способа состоит в возможности изменить технологические операции таким образом, чтобы сократить длительность процесса, упростить технологию и повысить производительность.

В части устройства технический результат изобретения состоит в улучшении эксплуатационных характеристик установки, а именно в снижении энергозатрат на проведение технологического процесса, повышении удобства в эксплуатации установки при выполнении требований техники безопасности эксплуатации.

Для достижения технического результата в способе переработки резиносодержащих отходов, при котором осуществляют термодеструкцию этих отходов, при 250-380^оС в среде высококипящих углеводородов с образованием парогазовой смеси и суспензии деструктированной резины в них, их разделение с последующим конденсированием парогазовой смеси, согласно изобретению, перед термодеструкцией резиносодержащих отходов последние предварительно и последовательно обрабатывают продуктом конденсации парогазовой смеси при 35-200^оС до достижения степени набухания 5-60% и суспензией деструктированной резины в высококипящих углеводородах.

Кроме того, предварительную обработку резиносодержащих отходов проводят при непрерывной циркуляции через них продуктов конденсации парогазовой смеси при кратности циркуляции 5-10 раз в час.

Для достижения технического результата в установке для переработки резиносодержащих отходов, содержащей узел термодеструкции, соединенный с источником высококипящих углеводородов, приемником для готового продукта и теплообменником для конденсации парогазовой смеси, согласно изобретению, узел теpмодеструкции снабжен горизонтально установленным реактором с смонтированным в него теплообменником, при этом установка снабжена источником суспензии деструктированной резины в высококипящих углеводородах, сообщенным с реактором, перепускной емкостью для приема продуктов конденсации парогазовой смеси, вход которой соединен с теплообменником для конденсации парогазовой смеси и связывающей перепускную емкость с реактором насосной магистралью с установленным на выходе перепускной емкости вентилем.

Кроме того, реактор снабжен циркуляционным контуром для продуктов конденсации парогазовой смеси и суспензии в виде обводной трубы, сообщенной с рабочей зоной реактора и снабженной побудителем расхода продуктов конденсации парогазовой смеси и суспензии.

В установке предусмотрен также барботер, вмонтированный в реактор под теплообменником.

Установка для переработки резиносодержащих отходов содержит узел 1 термодеструкции, соединенный с источником высококипящих углеводородов и источником суспензии деструктированной резины в высококипящих углеводородах, которыми служит промежуточная емкость 2, посредством насосной магистрали 3, на которой установлен на выходе 4 промежуточной емкости 2 вентиль 5, а затем последовательно установлены один за другим по направлению стрелки A насос 6 и вентиль 7. Входы 8 и 9 промежуточной емкости 2 соответственно соединены с магистралью 10 подачи растворителя высококипящих углеводородов по направлению стрелки В и магистралью 11 подачи по направлению стрелки С суспензии деструктированной резины в высококипящих углеводородах, соединенную через насосную магистраль 3 и магистраль 12 с узлом 1 термодеструкции. На магистралях 11 и 12 установлены вентили 13 и 14 соответственно.

Узел 1 термодеструкции также сообщен с приемником 15 для готового продукта посредством магистрали 16 подачи готового продукта по направлению стрелки через насосную магистраль 3. На магистрали 16 установлен вентиль 17. Отводят готовый продукт из приемника 15 через магистраль 18 по направлению стрелки Е.

Кроме того, узел 1 термодеструкции сообщен с теплообменником 19 для конденсации парогазовой смеси посредством магистрали 20 отвода парогазовой смеси по направлению стрелки F, который соединен посредством магистрали 21 подачи продуктов конденсации по направлению стрелки G со входом 22 перепускной емкости 23,сообщенной с узлом 1 термодеструкции.

Узел 1 термодеструкции снабжен горизонтально установленным реактором 24 с вмонтированным в него теплообменником 25. Перепускная емкость 23 служит для приема продуктов конденсации парогазовой смеси и на ее выходе 26 установлен вентиль 27, посредством которого и насосной магистрали 28 перепускная емкость 23 соединена с реактором 24. На насосной магистрали 28 последовательно установлены насос 29 и вентиль 30 после вентиля 27 по направлению стрелки Н подачи продуктов конденсации в реактор 24 из перепускной емкости 23.

Реактор 24 имеет с одного из своих торцов загрузочное окно с крышкой 31 для загрузки в реактор 24 резиносодержащих отходов 32.

Реактор 24 снабжен циркуляционным контуром 33 для продуктов конденсации парогазовой смеси и суспензии в виде обводной трубы 34, сообщенной с рабочей зоной реактора 24 и имеющей побудитель 35 расхода продуктов конденсации парогазовой смеси и суспензии.

Под теплообменником 25 в реакторе 24 смонтирован барботер 36, в который подают по магистрали 37 по направлению стрелок 1 через вентиль 38 инертный газ, через вентиль 39 водяной пар и через вентиль 40 воздух.

Подача теплоносителя по направлению стрелки в теплообменник 25 и его отвод из него по направлению стрелки К осуществляют посредством магистралей 41 и 42 соответственно.

Слив продуктов конденсации парогазовой смеси из реактора 24 в перепускную емкость 23 осуществляют по направлению стрелки посредством магистрали 43, соединенной через насосную магистраль 28 и магистраль 44 со входом 45 емкости 23. На магистралях 43 и 44 установлены вентили 46 и 47 соответственно.

Избыток продуктов конденсации парогазовой смеси отводят из перепускной емкости 23 через магистраль 48 по направлению стрелки М.

Подача хладагента в теплообменник 19 и его отвод из него осуществлен посредством магистралей 49 и 50 по направлению стрелок 11 и О соответственно.

Несконденсированную парогазовую смесь отводят из теплообменника 19 через магистраль 51 по направлению стрелки Р.

Способ может быть раскрыт в работе установки, которая работает следующим образом.

В реактор 24 загружают резиносодержащие отходы 32 через загрузочное окно и закрывают последнее крышкой 31. Резиносодержащие отходы (резиновые отходы на основе различных каучуков природного, бутадиенового, изопренового и т.д.) в реакторе 24 заливают углеводородным конденсатом ранее полученным продуктом конденсации парогазовой смеси из перепускной емкости 23 через вентиль 27, насосную магистраль 28 и вентиль 30, при этом вентиль 47, 46 и 7 закрыты. Резиносодержащие отходы 32 в реакторе 24 обрабатывают продуктами конденсации при 35-200^оС до достижения степени набухания 5-60 мас. при непрерывной циркуляции конденсата по обводной трубе 34.

Продукт конденсации парогазовой смеси, образующийся в процессе термодеструкции резиносодержащих отходов, представляет собой смесь алифатических и циклоалифатических углеводородов фракций С₅-С₈ и их кислородсодержащих производных (приблизительно 10-40 мас.), более тяжелых углеводородов, способных к окислению и разложению в процессе разделения (приблизительно 20-30 мас.) и высококипящих углеводородов, не претерпевших преобразований в процессе разделения (приблизительно 30-60 мас.).

Плотность фракций конденсата изменяетcя в пределах 0,7-1 г/cм³.

Режим предварительной обработки резиносодержащих отходов продуктом конденсации парогазовой смеси обеспечивает ускорение их термодеструкции. Изменение температурного режима (35-200^оС) выше или ниже указанного предела существенно не влияет на ускорение процесса термодеструкции. Обработка до степени набухания 5-60% позволяет обеспечить оптимальные условия ускорения термодеструкции, так как в процессе набухания поверхность резиносодержащих отходов соприкасается с ускорителями деструкции, содержащимися в продуктах конденсации парогазовой смеси. Снижение степени набухания ниже 5% недостаточно для ускорения процесса, повышение выше 60% нецелесообразно, так как затрудняет проведение процесса.

После обработки конденсат сливают из реактора 24 через вентиль 46, магистраль 43, насосную магистраль 28, вентиль 47 и магистраль 44 в перепускную емкость, при этом вентили 30 и 27 закрыты.

После чего в реактор 24 вводят накопленную в течение предшествующего цикла суспензию деструктированной резины в высококипящих углеводородах, разбавленную чистым растворителем, до полного покрытия резиносодержащих отходов 32 из промежуточной емкости 2 через вентиль 5, насосную магистраль 3 и вентиль 7, при этом вентили 17, 13, 14 и 30 закрыты. Нагревают с помощью теплообменника 25 суспензию и осуществляют процесс термодеструкции при 250-380^оС при непрерывной циркуляции суспензии по трубе 34. Выделяемую при термодеструкции парогазовую смесь направляют в теплообменник 19 по магистрали 20 на конденсацию. В теплообменнике 19 конденсируется около 50% углеводородов парогазовой смеси из реактора 24.Продукты конденсации парогазовой смеси из теплообменника 19 по магистрали 21 поступают в перепускную емкость 23, где скапливаются. Несконденсированная часть парогазовой смеси выводится из теплообменника 19 через магистраль 51.

Образующуюся в результате термодеструкции суспензию деструктированной резины выводят из реактора 24 в виде готового продукта через магистраль 12, вентиль 14, насосную магистраль 3, вентиль 13 и магистраль 11 в промежуточную емкость 2, из которой часть суспензии выводят через вентиль 5, насосную магистраль 3, вентиль 17 и магистраль 16 в приемник 15 для готового продукта, после чего в емкость 2 заливают требуемое количество чистого растворителя через магистраль 10. По мере заполнения приемника 15 готовый продукт выводят из нее через магистраль 18.

После откачки суспензии деструктированной резины из реактора 24 последний разгерметизируют. Затем технологический процесс обработки резиносодержащих отходов повторяют. Процесс предварительной обработки резиносодержащих отходов продуктом конденсации парогазовой смеси (углеводородный конденсат) позволяет ускорить ее термодеструкцию. Резиновые компоненты резиносодержащих отходов основаны на вулканизованных серой непредельных каучуках, поэтому в составе суспензии термодеструктированной резины имеются серосодержащие продукты термодеструкции, в том числе и с меркаптановыми и дисульфидными группами. Известно, что меркаптаны и дисульфиды являются эффективными ускорителями деструкции каучуков, вулканизованных серой.

Поэтому при предварительной обработке резиносодержащих отходов конденсатом их поверхность в период набухания соприкасается с ускорителями термодеструкции, а в последующей обработке резиносодержащих отходов суспензий деструктированной резины и в процессе термодеструкции по мере нарастания процесса накапливаются во все возрастающем количестве собственные ускорители термодеструкции, в результате чего процесс значительно ускоряется (1,2-1,4 раза по сравнению с известным способом).

Для лучшего понимания настоящего изобретения приводятся конкретные варианты осуществления способа.

П р и м е р 1. В реактор загружают 6 кг резиносодержащих отходов, в качестве которых используют вулканизованные выпрессовки протектора автопокрышек из резиновой смеси с плотностью 1,16 г/см³ на основе бутадиенстирольного каучука (СКС-30, АРКМ-15), включающий 1,9 мас.ч. серы, 1,3 мас.ч. серосодержащего ускорителя сульфенамида Ц и другие ингредиенты в общем количестве 181,2 мас.ч. Указанные резиносодержащие отходы заливают углеводородным конденсатом (продуктом конденсации парогазовой смеси), представляющим собой смесь фракций жидких углеводородов, из которой от 40 до 100^оС выкипает 3,70 мас. смеси (плотность фракции 0,7656 г/см³), от 100 до 137^оС выкипает 6,43 мас, смеси (плотность фракции 0,8138 г/см³), от 140 до 170^оС выкипает 2140 мас. смеси (плотность фракции 0,8322 г/см³), выше 173^оС выкипает 68,48 мас. смеси (плотность фракции 0,880 г/см³): нагревают до 120^оС и выдерживают до степени набухания 23% Затем конденсат сливают и в реактор загружают 15 кг суспензии деструктированной резины вы высококипящих углеводородах с плотностью 1,08 г/см³ следующего состава, мас. олигомеры каучука 10,2; техуглерод 8,8; окись цинка 0,4; парафино-нафтеновые углеводороды 10,5; ароматические углеводороды 12,3; смолы 20,1; асфальтены 27,4; другие вещества, содержащие серу, азот, кислород, цинк 10,3. Через 1 мин суспензию сливают и загружают в реактор 18 кг нагретого до 340^оС нефтяного строительного битума (марки БН 90/10 по ГОСТ 6617-76) плотностью 1,015 г/см³ и содержанием углеводородов, мас. парафино-нафтеновые 13,2; ароматические, в том числе моноциклические 11,8; бициклические 14,2; полициклические 1,2; смолы 25,2; асфальтены 23,4.

Загруженный реактор закрывают крышкой. Под действием нагревания (температура процесса 340^оС) и диффундирующих в резину компонентов суспензии, а потом и битума, происходит термодеструкция резины с разрывом макромолекул каучука и серных поперечных связей на вещества разной молекулярной массы и высвобождением ингредиентов резиновой смеси и продуктов их взаимодействия, образующих суспензию деструктированной резины.

Низкомолекулярные органические продукты термодеструкции, кипящие ниже температуры обработки и покидающие реактор в виде парогазовой смеси после охлаждения, разделяют на конденсат и газ. Конденсат фракционируют, выделяя фракцию высококипящих углеводородов, которую возвращают в процесс. Конденсат представляет собой смесь фракций жидких углеводородов, из которой от 40 до 100^оС выкипает 4,81 мас. смеси; от 100 до 137^оС 10,43 мас. смеси; от 140 до 173^оС 54,60 мас. смеси (плотность фракции 0,8955 г/см³). Газ пропускают через водный раствор натрия карбоната. Об окончании процесса термодеструкции судят по прекращению выделения газа. Длительность процесса 85 мин. Полученную суспензию деструктированной резины сливают из реактора. Суспензия имеет плотность 1,08 г/см³ и следующий состав, мас. олигомеры каучука 9,9, техуглерод 8,8; окись цинка 0,4; парафино-нафтеновые углеводороды 10,6; ароматические углеводороды 12,5; смолы 20,3; асфальтены 27,3; другие вещества, содержащие серу, азот, кислород, цинк 10,2.

Аналогично описанному проводят процесс термодеструкции по известному способу без предварительной обработки резиносодержащих отходов продуктом конденсации парогазовой смеси. Время термодеструкции составляет 120 мин.

П р и м е р 2. Процесс проводят аналогично примеру 1.В качестве резиносодержащих отходов используют вулканизованные выпрессовки варочных камер из резиновой смеси плотностью 1,35 г/см³ на основе натурального каучука, включающей 0,76 мас.ч. серы, серосодержащие ускорители 0,50 мас.ч. каптакса и 0,20 мас.ч. тиурама и другие ингредиенты в общем количестве 215,71 мас.ч. В качестве тяжелых углеводородов 15 кг продукта деасфальтизации пропаном гидрона нефти с плотностью 1,0 г/см³ и содержанием углеводородов, мас. парафино-нафтеновые 13,2; ароматические, в том числе моноциклические 11,3; бициклические 20,7, полициклические 10,6; смолы 34,5; асфальтены 5,7. Для обработки резиносодержащих отходов перед термодеструкцией используют конденсат и суспензию деструктированной резины в высококипящих углеводородах, полученные по примеру 1.

При этом обработка резиносодержащих отходов углеводородным конденсатом проводилась до степени набухания 25% при 110^оС. Температура термодеструкции 350^оС. Длительность процесса 120 мин. Слитая из реактора суспензия деструктированной резины в высококипящих углеводородах (19,4 кг) имеет плотность 1,09 г/см³ и состав, мас. олигомеры каучука 10,0; техуглерод 5,0; каолин 7,2; окись цинка 2,8; парафино-нафтеновые углеводороды 9,3; ароматические углеводороды 49,5; смолы 3,1; другие вещества 13,1.

Аналогично описанному осуществляют процесс термодеструкции по известному способу без предварительной обработки резиносодержащих отходов продуктом конденсации парогазовой смеси. Время термодеструкции 150 мин.

П р и м е р 3. Процесс проводят аналогично примеру 1. В качестве резиносодержащих отходов используют 8 кг подвулканизованной резиновой смеси с плотностью 1,14 г/см³ на основе натурального каучука, включающей 3,0 мас.ч. серы, 1,3 мас.ч. серосодержащего ускорителя каптакса и другие ингредиенты в общем количестве 164,0 мас.ч. В качестве высококипящих углеводородов используют 12 кг мазута. Процесс обработки резиносодержащих отходов конденсации парогазовой смеси перед термодеструкцией проводят аналогично примеру 1. Температура термодеструкции 330^оС.

При этой температуре время термодеструкции резиносодержащих отходов по предложенному способу составляет 95 мин (а по способу без обработки конденсатом 105 мин).

Слитая из реактора суспензия деструктированной резины (17,3 кг) имеет плотность 1,05 г/см³ и состав, мас. олигомеры каучука 12,4; техуглерод 14,1; окись цинка 1,4; смолы 5:6. асфальтены 4,6; карбены и карбоиды 0,9; смолы 27,7; кокс 10,5; другие вещества остальное.

П р и м е р 4. Процесс проводят аналогично примеру 1. В качестве резиносодержащих отходов используют бракованные уплотнители и сальники резиновой смеси с плотностью 1,27 г/см³, на основе бутадиеннитрильного каучука, вулканизованного донорами серы 2,0 мас.ч. дитиодиморфолина и 1,0 мас.ч. тиурама и содержащей другие ингредиенты в общем количестве 270,1 мас.ч. в качестве высококипящих углеводородов 18 кг сырья для производства нефтяных вязких дорожных битумов. Процесс предварительной обработки резиносодержащих отходов проводят углеводородным конденсатом аналогично примеру 2. При этом степень набухания 21% Температура термодеструкции составляет 360^оС.

При этой температуре время термодеструкции по предложенному способу составляет 75 мин (по способу без обработки конденсатом 120 мин).

Слитая из реактора суспензия деструктированной резины (22,4 кг) имеет плотность 1,08 г/см³ и состав, мас. олигомеры 6,9; техуглерод 12,9; окиcь цинка 0,5; парафино-нафтеновые углеводороды 11,1; ароматические углеводороды 26,3; смолы 23,8; асфальтены 9,7; другие вещества 8,8.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет сократить длительность процесса и повысить производительность. Кроме того, этот способ прост в реализации, а установка для его осуществления позволяет значительно снизить энергозатраты, удобна в эксплуатации и отвечает требованиям техники безопасности эксплуатации.

Формула изобретения

1. Способ переработки резиносодержащих отходов, при котором осуществляют термодеструкцию этих отходов при 250 - 380^oС в среде высококипящих углеводородов с образованием парогазовой смеси и суспензии деструктированной резины в них, их разделение с последующим конденсированием парогазовой смеси, отличающийся тем, что перед термодеструкцией резиносодержащих отходов последние предварительно и последовательно обрабатывают продуктом конденсации парогазовой смеси при 35 - 200^oС до достижения степени набухания 5 - 60% и суспензией деструктированной резины в высококипящих углеводородах.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительную обработку резиносодержащих отходов проводят при непрерывной циркуляции через них продуктов конденсации парогазовой смеси при кратности циркуляции 5 - 10 раз в 1 ч.

3. Установка для переработки резиносодержащих отходов, содержащая узел термодеструкции, соединенный с источником высококипящих углеводородов, приемником для готового продукта и теплообменником для конденсации парогазовой смеси, отличающаяся тем, что узел термодеструкции снабжен горизонтально установленным реактором с вмонтированным в него теплообменником, при этом установка снабжена источником суспензии деструктированной резины в высококипящих углеводородах, сообщенным с реактором, перепускной емкостью для приема продуктов конденсации парогазовой смеси, вход которой соединен с теплообменником для конденсации парогазовой смеси, вход которой соединен с теплообменником для кондленсации парогазовой смеси и связывающей перепускную емкость с реактором насосной магистралью с установленным на выходе перепускной емкости вентилем.

4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что реактор снабжен циркуляционным контуром для продуктов конденсации парогазовой смеси и суспензии в виде обводной трубы, сообщенной с рабочей зоной реактора и снабженной побудителем расхода продуктов конденсации парогазовой смеси и суспензии.

5. Установка по п.3 или 4, отличающаяся тем, что реактор снабжен смонтированным под теплообменником барботером.

РИСУНКИ

Рисунок 1