Способ деполимеризации отвержденных полимерных материалов и установка для его осуществления

 

Использование: для утилизации отходов производства, переработки термореактивных полимеров и разложения электроизоляционных материалов на основе эпоксидных смол, в частности, при ремонте электродвигателей, в процессе получения меди из отходов электротехнической промышленности. Сущность изобретения: отвержденные полимерные материалы (ПМ) обрабатывают при нагревании до 170-220^o С в кислой среде водного раствора углекислого газа. ПМ разогревают в замкнутом контуре (ЗК), впрыскивают в ЗК воду до образования смеси воздуха, заключенного в ЗК и перегретого пара с давлением в ЗК 2-3 ати с последующим впуском в ЗК сжатого или сжиженного углекислого газа до давления в ЗК 4-6 ати. ПМ в ЗК предварительно разогревают горячим воздухом. ПМ в ЗК предварительно разогревают горячим паром при давлении в ЗК 2-3 ати. Процесс деполимеризации проводят путем многократной прогонки по ЗК рабочей среды с указанным составом, температурой и давлением. Установка для деполимеризации отвержденных ПМ содержит основную и дополнительную рабочие емкости (РЕМ), установленные параллельно друг другу, источник подачи рабочей среды, средство для разогрева установки, устройство для принудительной подачи рабочей среды, устройство для подачи воды и углекислого газа для образования паро-газо-воздушной среды и устройство для улавливания продуктов разложения перерабатываемых ПМ. Все устройства посредством системы трубопроводов объединены между собой с образованием ЗК. Средство для разогрева установки и РЕМ включены в ЗК. Все устройства установлены по ходу технологического процесса. Имеется обводной участок, расположенный параллельно РЕМ и снабженный средством для его независимого включения-отключения. РЕМ снабжены средством для независимого друг от друга включения-отключения. РЕМ снабжены съемными фланцами, поддонами и решетчатой корзиной из нержавеющей стали для загрузки в нее ПМ, их отходов в виде кусков или сыпучими. Установка имеет приборы контроля температуры и давления в РЕМ и средством для управления этими параметрами. 2 с. и 7 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к утилизации и уничтожения отходов производства, переработке термореактивных полимеров и разложения электроизоляционных материалов на основе эпоксидных смол, в частности при ремонте электродвигателей, в процессе получения меди из отходов электротехнической промышленности, включая отходы кабельной продукции и проводов.

Известен способ деполимеризации отвержденных полимерных материалов путем их обработки при нагревании до 170-220^oС в кислой среде водного раствора углекислого газа, а также известна установка для деполимеризации отвержденных полимерных материалов, содержащая рабочую емкость для полимерных материалов, источник подачи рабочей среды и средство для разогрева установки (см.источник).

Известное техническое решение имеет следующие недостатки. Поскольку сравнительно большая масса воды является основной частью рабочей среды и имеет температуру 170-220^oС и, соответственно, неизбежное при этой температуре давление 8-24 ати, осуществление способа возможно только в автоклаве, являющемся, по сути дела, паровым котлом с присущей ему опасностью взрыва вследствие наличия большого количества воды, нагретой до температуры выше 100^oС стоятельство существенно уменьшает возможность практического применения указанного способа в промышленных масштабах, который к тому же невыгоден и экономически, так как кроме необходимости больших энергетических затрат для разогрева значительной массы рабочей среды и для поддержания ее высокой температуры в течение длительного времени для его осуществления требуется длительное время на охлаждение рабочей среды минимум до 100^oС перед открыванием автоклава для проведения загрузки-выгрузки материалов, подлежащих деполимеризации. При этом значительная часть подведенной к рабочей среде энергии теряется безвозвратно, а общее время цикла увеличивается не менее, чем вдвое по сравнению с временем, необходимым для осуществления собственно процесса деполимеризации.

Целью изобретения является уменьшение энергозатрат на разрушение электроизоляционных материалов на основе эпоксидной смолы, сокращение времени на деполимеризацию отвержденных полимерных материалов и повышение безопасности проведения способа.

Это достигается тем, что в способе деполимеризации отвержденных полимерных материалов путем их обработки при нагревании до 170-220^oС в кислой среде водного раствора углекислого газа отвержденные полимеры разогревают в замкнутом контуре, впрыскивают в контур воду до образования смеси воздуха, заключенного в контуре и перегретого пара с давлением в контуре 2-3 ати с последующим впуском в контур сжатого или сжиженного углекислого газа до давления в контуре 4-6 ати. Полимерный материал в контуре предварительно разогревают горячим паром при давлении в контуре 2-3 ати. Процесс деполимеризации проводят путем многократной прогонки по контуру рабочей среды с указанным составом, температурой и давлением.

Для достижения технического результата установка для деполимеризации отвержденных полимерных материалов, содержащая рабочую емкость для полимерных материалов, источник подачи рабочей среды и средство для разогрева установки, снабжена устройством для принудительной подачи рабочей среды, устройством для подачи воды и углекислого газа для образования паро-газо-воздушной среды и устройством для улавливания продуктов разложения перерабатываемых полимерных материалов, которые посредством системы трубопроводов объединены между собой с образованием замкнутого контура, а рабочая емкость и средство для разогрева установки включены в замкнутый контур, причем все устройства, входящие в установку, установлены последовательно по ходу технологического процесса. Установка снабжена обводным участком, расположенным параллельно рабочей емкости и снабженным средством для его независимого включения/отключения. Установка снабжена дополнительной рабочей емкостью, установленной параллельно основной рабочей емкости, причем основная и дополнительная рабочие емкости снабжены средством для независимого друг от друга включения/отключения. Основная и дополнительная рабочие емкости снабжены съемными фланцами, поддонами и решетчатой корзиной из нержавеющей стали для загрузки в нее полимерных материалов, их отходов в виде кусков или сыпучими. Установка снабжена приборами контроля температуры и давления в рабочих емкостях и средством для управления этими параметрами.

На фиг. 1 изображена принципиальная аппаратно-технологическая схема осуществления способа; на фиг. 2 пример загрузки рабочей емкости статором электрической машины, обмотка которого пропитана изоляцией типа "Монолит" на основе эпоксидной смолы; на фиг. 3 схема загрузки рабочей емкости отходами кабеля, проводов и прочими мелкими предметами и кусками материалов, содержащими отвержденные полимеры.

Установка содержит рабочую емкость 1 (фиг.1) для помещения полимеросодержащих материалов,снабженную приборами контроля 2 и устройством 3 автоматического или ручного поддержания в ней требуемого давления, включенным в контур посредством трубопроводов 4 последовательно со средством 5 для разогрева установки и материалов, к которому подключены трубопроводы 6 пара и углекислого газа. Последовательно со средством 5 установлены устройство 7 для обеспечения принудительной прогонки по контуру рабочей среды, устройство 8 для улавливания продуктов разложения материалов, подвергаемых деполимеризации и обводной участок 9, установленный параллельно рабочей емкости 1, и второй (или более) дополнительной емкостью 10. Обводной участок 9 и участки 11 контура, предназначенные для проводки через указанные емкости 1 и 10 рабочей среды, снабжены устройствами 12 включения/отключения емкостей 1 и 10 и обводного участка 9 с возможностью независимого друг от друга поочередного или одновременного функционирования или останова емкостей без останова контура.

При загрузке в рабочую камеру 1 статора 13 электрической машины (фиг.2), используют съемные фланцы 14 и 15 для обеспечения прогонки рабочей среды лишь через внутреннюю полость статора, за счет чего ускоряют процесс разложения изоляции обмотки, т. к. рабочая среда прогоняется в непосредственной близости от поверхности изоляции обмотки, а при загрузке в рабочую камеру сыпучих или кусковых материалов 16 (фиг.3) предпочтительно их загружают в корзину 17, выполненную из нержавеющего материала с решетчатым поддоном 18 для обеспечения удобства загрузки-выгрузки рабочей емкости.

Осуществляют способ на установке в следующей последовательности.

В емкость 1 загружают материалы, подлежащие деполимеризации, например статор 13 или кусковые материалы 16, закрывают емкость, но не герметизируют ее, используя устройство 3. Посредством устройства 7 для принудительной прогонки по контуру рабочей среды многократно прогоняют по контуру заключенный в нем воздух с одновременным разогревом посредством средства 5 для разогрева прогоняемого по контуру воздуха и загруженных в емкость 1 материалов до 170-220^oС и, не допуская снижения температуры в контуре, впрыскивают в контур воду через трубопровод 6 до образования в контуре паровоздушной среды с указанной температурой, визуально наблюдая выход указанной среды из патрубка устройства 3. Продолжая впрыскивать в контур воду, полностью герметизируют емкость и доводят давление в контуре до 2-3 ати. Затем в контур впускают сжатый углекислый газ до давления в контуре 4-6 ати и при указанных температуре и давлении многократно прогоняют по контуру в течение 5-8 ч полученную паро-газо-воздушную среду, после чего стравливают давление из емкости и извлекают загруженные в нее материалы и продукты разложения. По мере надобности цикл возобновляют с новой порцией материалов в той же последовательности.

При наличии источника перегретого пара разогрев материалов проводят перегретым паром, многократно прогоняя его по контуру при давлении 2-3 ати с последующим впуском в контур углекислого газа до давления 4-6 ати.

Для увеличения производительности труда при деполимеризации полимерных материалов в один замкнутый контур включают параллельно друг другу две или более емкости 1 и 10,предназначенные для помещения в них указанных материалов, с возможностью загрузки-выгрузки той или иной емкости, независимо от работающих в это время других емкостей и без останова работы контура. При этом в момент загрузки/выгрузки соответствующей емкости 1 или 10, участок контура 11, предназначенный для обеспечения функционирования открываемой емкости, отключают от работающего контура, и его кольцевание осуществляют через другие емкости, а в случае временного останова всех емкостей одновременно их отключают от контура все, а закольцовывание контура при необходимости исключения его останова осуществляют через обводной участок 9, используя для целей необходимой коммуникации устройства 12 включения/отключения соответствующих участков контура.

Способ деполимеризации отвержденной эпоксидной смолы и материалов на ее основе и установка для его осуществления могут найти широкое применение в различных областях промышленности, связанных с переработкой и применением полимеров, в том числе и выполненных на основ эпоксидных смол, в частности, при получении меди из отходов электротехнической промышленности, включая выработавшие ресурс или подлежащие ремонту электромашины, отходы кабельной продукции и проводов, так как способ исключает применение сильно агрессивных сред, обладает высокой степенью безопасности, достаточно высокой экологичностью, а также высокой эффективностью процесса деполимеризации или сниженных энергозатратах и затратах времени, поскольку технология способа обеспечивает возможность повторного возобновления процесса, в том числе загрузку-выгрузку рабочих емкостей без необходимости охлаждения контура и без необходимости вследствие этого последующего разогрева больших масс рабочей среды.

Формула изобретения

1. Способ деполимеризации отвержденных полимерных материалов путем их обработки при нагревании до температуры 170 200^oС в кислой среде водного раствора углекислого газа, отличающийся тем, что отвержденные полимеры разогревают в замкнутом контуре, впрыскивают в контур воду до образования смеси воздуха, заключенного в контуре и перегретого пара с давлением в контуре 2 3 ати с последующим впуском в контур сжатого или сжиженного углекислого газа до давления в контуре 4 6 ати.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что полимерный материал в контуре предварительно разогревают горячим воздухом.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что полимерный материал в контуре предварительно разогревают горячим паром при давлении в контуре 2-3 атм.

4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что процесс деполимеризации проводят путем многократной прогонки по контуру рабочей среды с указанным составом, температурой и давлением.

5. Установка для деполимеризации отвержденных полимерных материалов, содержащая рабочую емкость для полимерных материалов, источник подачи рабочей среды и средство для разогрева установки, отличающаяся тем, что она снабжена устройством для принудительной подачи рабочей среды, устройством для подачи воды и углекислого газа для образования паро-газо-воздушной среды и устройством для улавливания продуктов разложения перерабатываемых полимерных материалов, которые посредством системы трубопроводов объединены между собой с образованием замкнутого контура, а рабочая емкость и средство для разогрева установки включены в замкнутый контур, причем все устройства, входящие в установку, установлены последовательно по ходу технологического процесса.

6. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что она снабжена обводным участком, расположенным параллельно рабочей емкости и снабженным средством для его независимого включения-отключения.

7. Установка по п.5, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительной рабочей емкостью, установленной параллельно основной рабочей емкости, причем основная и дополнительная рабочие емкости снабжены средством для независимого друг от друга включения-отключения.

8. Установка по пп. 5-7, отличающаяся тем, что основная и дополнительная рабочие емкости снабжены съемными фланцами, поддонами и решетчатой корзиной из нержавеющей стали для загрузки в нее полимерных материалов, их отходов в виде кусков или сыпучими.

9. Установка по пп. 5 8, отличающаяся тем, что она снабжена приборами контроля температуры и давления в рабочих емкостях и средством для управления этими параметрами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3