Способ переработки отработанных резинотехнических изделий с металлокордом

 

Изобретение относится к химической переработке органических отходов, в частности к области утилизации отработанных резинотехнических изделий, и может быть использовано в металлургической промышленности. Перерабатывают отработанные резинотехнические изделия с металлокордом, измельчают их до крупности 3-0 мм, принятой для компонентов угольной шихты. Измельченную крошку подают в угольную шихту на коксование без извлечения металлокорда в количестве до 4% от массы шихты при содержании золы в шихте не более 10%. Технический результат состоит в утилизации отработанных резинотехнических изделий с металлокордом, упрощении способа их переработки, улучшении качества и повышении выхода металлургического кокса и химических продуктов коксования. 3 табл.

Изобретение относится к области химической переработки органических отходов, в частности к области утилизации отработанных резинотехнических изделий, и может быть использовано в металлургической промышленности.

Известно использование в качестве заменителя кокса в доменной плавке отходов резинотехнических изделий - изношенных автомобильных покрышек, которые измельчают на куски весом 0,3-2,0 кг. Расход заменителя кокса равен 20-50% от массы чугуна, получаемого из одной подачи, куски загружают слоями между слоями флюсо-рудной части шихты и вышележащим слоем кокса в каждой подаче; реакционная способность резины должна быть 1,5-15 мл./г.с; должно соблюдаться равенство между количеством кислорода в оксидах железа рудной части шихты и углерода в заменителе кокса [Пат. России N96115131/02 Аршанский М.Н. , Волков Д.Н., Комратов Ю.С. и др. Способ доменной плавки. БИ. N 33, 1998]. Недостатки способа утилизации: сложность, нетехнологичность его реализации, ограниченность по реакционной способности, т.е. не все типы резиносодержащих изделий могут быть использованы, совершенно не используется химический потенциал резины, увеличиваются выбросы сажи и полициклических углеводородов в доменном газе, при сжигании резины имеет место науглероживание чугуна за счет повышенного выделения сажи и отрицательное влияние серы на качество чугуна.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ утилизации отходов резины методом пиролиза и сопиролиза о каменным углем. При высокотемпературном сопиролизе отходов резины с большим избытком угля при низкой скорости нагрева (3^oС/мин), соответствующей условиям коксования, получен отопительный кокс с выходом 70-75% с низкой зольностью и высокой реакционной способностью, используемый как бездымное топливо, углеводородные смеси с выходом 7-8% - заменители дефицитного мазута и газ с выходом 10-12% [Straka Pavel, Srogl San/Pyrolyza a kopyrolyza organickych odpadu. Cast//Uhli-rudy. -1992.-1.,N 10.- с.351-355.- чеш. Реферативный журнал "Химия". N 9.1992. 9П27. с.4-5]. Недостатки способа: производство только отопительного, но не металлургического кокса, его низкий выход; производство мазута, а не ценных ароматических продуктов, необходимость строительства специальных установок пиролиза и цехов по улавливанию химических продуктов пиролиза, т.е. высокие капитальные и эксплуатационные затраты из-за необходимости сбора и транспортирования резинотехнических отходов на большие расстояния.

Задачей предложенного изобретения является удешевление и упрощение утилизации отработанных резинотехнических изделий с металлокордом в шихте на коксование о целью повышения качества и выхода металлургического кокса и химических продуктов коксования.

Предлагается способ переработки отработанных резинотехнических изделий, включающий подачу их в угольную шихту на коксование, отличающийся тем, что в качестве отработанных резинотехнических изделий, используют отработанные резинотехнические изделия о металлокордом, измельчают их до крупности 3-0 мм, принятой для компонентов угольной шихты, и подают после измельчения в угольную шихту на коксование без извлечения металлокорда в количестве до 4% от массы шихты при содержании золы в шихте не более 10%, что увеличивает выход и качество металлургического кокса и химических продуктов коксования.

Технический результат, достигаемый с помощью предложенного способа, заключается в следующем: - более квалифицированно, с уменьшением затрат на извлечение металлокорда утилизируются отработанные резинотехнические изделия с получением металлургического кокса и ценных химических продуктов; - повышается выход и качество металлургического кокса; - увеличивается выход коксохимического бензола и каменноугольной смолы; - квалифицированно и более эффективно очищаются отходящие газы пиролиза отработанных резиннотехнических изделий совместно с продуктами коксования в цехах улавливания и переработки химических продуктов коксования; - перерабатываются все типы отработанных резинотехнических изделий непосредственно на месте их наиболее массового образования на металлургических предприятиях (автопокрышки, транспортерные ленты и др.); - упрощается технология утилизации отработанных резинотехнических изделий с металлокордом; - исключаются капитальные затраты на строительство установок по пиролизу отработанных резинотехнических изделий, так как используется оборудование действующего коксохимического производства.

Проверка соответствия заявленного изобретения требованиям новизны проводилась с учетом всех опубликованных изобретений, технической и информационной литературы и др. источников. Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволило установить его соответствие критерию изобретения "новизна".

Совокупность существенных признаков: крупности, определенного процентного содержания отработанных резинотехнических изделий с металлокордом в шихте на коксование, вольности шихты позволяют решить задачу их квалифицированной масштабной утилизации с получением технического эффекта, заключающегося в улучшении прочностных свойств кокса, увеличении выхода ценных химических продуктов коксования. Это позволяет говорить о существенности отличий предложенного изобретения и удовлетворению его этому критерию.

Признаки, отличающие заявленный способ от прототипа, не были выявлены в других технических решениях при изучении данной области и обеспечивают заявленному решению соответствие критерию "изобретательский уровень".

Новый технический результат заявленного способа заключается в следующем: в комплексной крупномасштабной утилизации всех типов отработанных резинотехнических изделий с металлокордом в действующем коксохимическом производстве; в повышении выхода и качества металлургического кокса и увеличении выхода ценных химических продуктов коксования - бензола, каменноугольной смолы.

Для использования отработанных резинотехнических изделий с металлокордом в шихте на коксование они должны быть мелко раздроблены одним из нескольких существующих методов дробления резины (механическим, криогенным, под давлением и т. д. ). В качестве исследуемого материала использовалась резиновая крошка, полученная дроблением отработанных автопокрышек с металлокордом механическим способом до крупности 3-0 мм, принятой для компонентов угольной шихты. Использование более крупных частиц отработанных резинотехнических изделий приводит к ухудшению качества получаемого кокса (табл. 3, пример 5), особенно истираемости (П₁₀) и структурной прочности (П_с).

Физико-химические характеристики резиновой крошки с металлокордом отработанных резинотехнических изделий представлены в табл.1. В ней приведены основные свойства отработанных резинотех-технических изделий с точки зрения возможности их использования как компонента угольной шихты. Из данных табл.1 видно, что отработанные резинотехнические изделия представляют собой преимущественно углеводородный материал, содержащий 88,8% углерода и 7,61% водорода. Эти данные, а также исследования, описанные в литературе, позволяют считать, что термическое разложение резины приводит к образованию углеводородных структур, химически совместимых с продуктами пиролиза угольного материала. Кроме того, известно, что для доменного процесса присутствие железа в минеральной части кокса полезно как компонента, повышающего плавкость золы, не требующего для ошлакования дополнительного расхода флюсов и кокса, вносящего в процесс получения чугуна свою небольшую долю металла. Это делает возможным использование отработанных резинотехнических изделий без удаления металлокорда в качестве компонента угольной шихты в процессе производства металлургического кокса.

Испытания отработанных резинотехнических изделий с металлокордом в угольной шихте проводились коксованием базовой и опытных шихт в лабораторной печи с загрузкой шихты 2 кг по ГОСТ 9521-74. Базовая шихта составлялась из компонентов производственной угольной шихты ОАО "ЗСМК".

Оптимальный марочный состав шихты из кузнецких углей для производства высококачественного металлургического кокса состоит из следующих компонентов: - опекающая основа - угли марок ГЖ, Ж, КЖ - 40-45%; - коксовая группа - угли марок К, КО, ОС - 35-40%;
- отощающая присадка - угли марок КСН, КС - 15-20%.

Такой состав обеспечивает оптимальное качество шихты: выход летучих веществ на сухую массу (V^d) - 25,0%, толщина пластического слоя (y) - 14 мм и более, содержание витринита (Vt) - >60%, отражательная способность витринита (R_o) - >1,12%.

На практике трудно выдержать оптимальный состав шихты из-за дефицита определенных марок углей, неритмичных поставок. Поэтому обычно составляют шихты, исходя из наличия углей, приближенные к оптимальной шихте, дающие при коксовании как минимум удовлетворительный по качеству кокс.

На момент испытаний производственная шихта ОАО "ЗСМК" имела состав и качество, представленные в табл. 2. Из этой шихты в производственных условиях получен металлургический кокс, удовлетворяющий техническим требованиям. Поэтому данная шихта и кокс из нее приняты в качестве базовых для сравнения с экспериментальными шихтами и коксами.

Для получения экспериментальных шихт измельченные отработанные резинотехнические изделия с металлокордом вводились в базовую шихту взамен части угольного компонента в количестве 3-7% от массы шихты. Доля металлокорда в отработанных резинотехнических изделиях составляла 20%, что соответствует, примерно, содержанию этого компонента в автошинах.

Исследования качества компонентов шихт, шихт и продуктов коксования проводились в соответствии c существующими методиками; технический анализ ГОСТы -11014-81, 27589-91, 11022-95, 6382-91, 8606-93; пластометрический анализ ГОСТ 1186-87; элементный анализ ГОСТ 27044-86, 2408-275; определение коксуемости угля ГОСТ 9521-74; выход химических продуктов коксования ГОСТ 18-635-73, реакционная способность ГОСТ 10089-89.

Примеры, подтверждающие предложенный способ переработки отработанных резинотехнических изделий с металлокордом в шихте на коксование, представлены в табл. 2 и 3.

Анализ результатов (табл.2, 3) показал, что добавление в шихту отработанных резинотехнических изделий с металлокордом увеличило ее зольность (А^d) с 8,3 (базовая шихта) до 10,5% (шихта, содержащая 7% добавки). Соответственно увеличилась зольность получаемого кокса - c 11,4 до 13,3%. Увеличение зольности произошла за счет металлокорда, который является полезным компонентом в коксе для доменного производства. Толщина пластического слоя шихты (y) осталась на уровне 16-15 мм, усадка (X) несколько увеличилась. Кокс из шихт c резиной и металлокордом характеризовался высоким выходом крупных классов (табл. 3). Добавление отработанных резинотехнических изделий с металлокордом в шихту в количестве до 4% улучшает прочностные свойства (П₂₅, П₁₀, П_с) получаемого кокса. Он характеризуется следующими показателями качества, %: выход класса +40 мм = 86,5; выход класса +25 мм = 95,2; прочность кокса по П₂₅ = 92,2; истираемость П₁₀ = 7,1; структурная прочность П_с = 78,2, т.е. по сравнению с базовым коксом эти показатели улучшились, %: выход класса +40 мм - на 20,4; выход класса +25 мм - на 0,7; П₂₅ -на 2,5; П₁₀ - на 0,6; П_с - на 0,2. Реакционная способность кокса увеличилась незначительно: с 0,40 до 0,46 см³/г•с.

Дальнейшее повышение содержания отработанных резинотехнических изделий с металлокордом в шихте (свыше 4%) приводит к увеличению истираемости кокса (показатель П₁₀) и снижению структурной прочности (показатель П_с). Это связано с повышением зольности шихты. Следовательно, при содержании отработанных резинотехнических изделий c металлокордом в шихте до 4% и зольности шихты до 10,0% получен кокс повышенной прочности о увеличением выхода крупных классов.

Введение отработанных резинотехнических изделий c металлокордом в угольную шихту повысило выход ценных химических продуктов коксования: смолы, сырого бензола (табл.3).

Освоение заявленного позволит квалифицированно утилизировать на месте отработанные резинотехнические изделия с металлокордом, уменьшить капитальные и эксплуатационные расходы на их утилизацию, увеличить выход и качество металлургического кокса и химических продуктов коксования. Заявленный способ промышленно применим на каждом коксохимическом производств.

Формула изобретения

Способ переработки отработанных резино-технических изделий, включающий подачу их в угольную шихту на коксование, отличающийся тем, что в качестве отработанных резинотехнических изделий используют отработанные резинотехнические изделия с металлокордом, измельчают их до крупности 3-0 мм, принятой для компонентов угольной шихты, и подают после измельчения в угольную шихту на коксование без извлечения металлокорда в количестве до 4% от массы шихты при содержании золы в шихте не более 10%.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3