Способ деструктивной перегонки отходов полиэтилена и полипропилена и устройство для его осуществления
Изобретение относится к способам переработки промышленных и бытовых отходов из синтетических и полимерных материалов. Описан способ деструктивной перегонки отходов полиэтилена и полипропилена, включающий загрузку в первый реактор деструктивной перегонки предварительно очищенных флотацией отходов полиэтилена и полипропилена от примесей, содержащих полихлорвинил, полиэтилентерефталат, целлюлозу, органические соединения, резину; подсоединение и нагрев топки первого реактора деструктивной перегонки топливной горелкой; нагрев и поддержание температуры в кубе-сборнике углеводородов отходящими газами, причем поддержание температуры в кубе-сборнике углеводородов депарафинизатора осуществляют отключением-подключением подачи отходящих газов в кипятильник; регулирование температуры выхода парогазовой смеси углеводородов из депарафинизатора подачей воды системы охлаждения в дефлегматор депарафинизатора, отбор парафиновых фракций; фракционирование оставшихся продуктов деструктивной перегонки в ректификационной колоне с получением паровой фазы бензиновой фракции и жидкой фазы дизельной фракции, регулирование температуры выхода оставшейся парогазовой смеси из ректификационной колонны подачей воды системы охлаждения в дефлегматор ректификационной колонны; охлаждение оставшейся парогазовой смеси в колонне постоянно работающего теплообменника, разделение ее на бензиновую и газовую фракции; загрузку сырья в следующий реактор деструктивной перегонки; отключение подачи топлива на горелку первого реактора; опускание топки первого реактора и его охлаждение, подсоединение топки следующего реактора и нагрев его топливной горелкой; выгрузку твердого углеродистого осадка из охлажденных реакторов деструктивной перегонки, в котором перед загрузкой сырья донную часть каждого реактора покрывают слоем антипригарной смазки; подсоединение топок реакторов осуществляют с помощью воздушных подушек, загрузку реакторов применяют вакуумную, в несколько этапов по циклу: «загрузка реактора сырьем, вакуумизация загруженного объема реактора, нагрев реактора до 110-260°С для разжижения загруженного сырья» до достижения разжиженным сырьем отметки 0,7 от высоты полной загрузки реактора; после перехода загруженного первого реактора в рабочий режим деструктивной перегонки осуществляют загрузку следующего реактора в несколько этапов по тому же циклу «загрузка реактора сырьем, вакуумизация загружаемого объема реактора, нагрев реактора до 110-260°С для разжижения загруженного сырья» до достижения разжиженным сырьем отметки 0,7 от высоты полной загрузки следующего реактора; охлаждение реакторов осуществляют подачей углекислого газа; очистку через нижний боковой люк охлажденного реактора осуществляют промышленным пескоструйным аппаратом или пылесосом; снижение температуры отходящих газов, сбрасываемых в атмосферу, осуществляют путем пропускания их через бойлеры. Также описано устройство для деструктивной перегонки отходов полиэтилена и полипропилена. Технический результат: повышение производительности и эффективности способа деструктивной перегонки отходов из синтетических и полимерных материалов. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретения относятся к способам переработки промышленных и бытовых отходов из синтетических полимерных материалов, преимущественно, из полиэтилена и полипропилена деструктивной перегонкой с последующей утилизацией продуктов распада, а также к устройствам для осуществления термической и термокаталитической деструкции отходов из синтетических полимерных материалов.
Известен принятый в качестве ближайшего аналога первого изобретения способ деструктивной перегонки отходов полиэтилена и полипропилена, описанный в патенте РФ №2621097 на изобретение «Устройство для термической деструкции отходов полиэтилена и полипропилена», C08J 11/04; B29B 17/; C10B 53/00; C10B 53/07; C10G 1/00, 2017. Способ непрерывного режима выполняют следующим образом. Заранее измельченный (или гранулированный), очищенный методом флотации от примесей полихлорвинила, полиэтилентерефталата, целлюлозы, тряпок, резины и прочего, загружают непрерывно шнековым питателем в реактор термической деструкции (деструктивной перегонки), оборудованный топкой и топливной горелкой, которая может работать как на жидком, так и на газообразном топливе собственного производства. Включают топливную горелку и выводят установку в рабочий температурный режим. Для ускорения выхода установки на заданный режим топливные (отходящие) газы, образующиеся при сгорании топлива, направляют в кипятильник куба депарафинизатора (куба-сборника углеводородов) и куба ректификационной колонны. Рабочие температуры поддерживают в следующих диапазонах: в реакторе термической деструкции - в диапазоне 450-480°С (регулируется за счет изменения подачи топлива); в кубе-сборнике углеводородов - в диапазоне 300-360°С; температура выхода парогазовой смеси из депарафинизатора - в диапазоне 180-300°С (регулируется подачей воды в дефлегматор депарафинизатора); в кубе ректификационной колонны - в диапазоне 160-220°С (регулируется изменением температуры парогазовой смеси после депарафинизатора и в верхней части ректификационной колонны); температура выхода парогазовой смеси из ректификационной колонны - в диапазоне 35-100°С (регулируется подачей воды в дефлегматор). При достижении рабочих температур в кубе-сборнике углеводородов и в кубе ректификационной колонны отключают подачу в кипятильник топливных газов путем закрытия шиберов до входа в куб и после выхода, сбрасывая отходящие газы при температуре 470-500°С в атмосферу. Отбор углеродистого остатка-кокса из реактора производят непрерывно с помощью шнека. Слив печного топлива из куба ректификационной колонны производят непрерывно. Нагревают содержимое реактора термической деструкции со скоростью 1,5-4°С/минуту топливными газами с температурой 600-900°С, которые проходят через жаровые трубы реактора термической деструкции и поступают в кипятильник куба-сборника углеводородов депарафинизатора, а затем в кипятильник куба ректификационной колонны. В реакторе термической деструкции при температуре 260-300°С начинается процесс деструкции пластмасс. Продукты деструкции пластмасс в виде парогазовой смеси углеводородов из реактора термической деструкции пропускают в колонку катализатора, которая представляет собой трубчатый аппарат с фланцами, загруженный катализатором - титановыми спиралями в кассете, а затем в теплообменник над в кубом-сборником углеводородов депарафинизатора парогазовой смеси. При достижении температуры паров значений 360°С в теплообменник над кубом-сборником углеводородов депарафинизатора парогазовой смеси подается оборотная вода для охлаждения парогазовой смеси углеводородов. Изменяя расход воды в теплообменнике, поддерживают температуру в кубе-сборнике углеводородов депарафинизатора в диапазоне 300-360°С. Парогазовая смесь углеводородов поступает в куб-сборник углеводородов депарафинизатора, где из нее в жидкую фазу переходят высококипящие углеводороды. Затем парогазовая смесь поступает в депарафинизатор, который представляет собой колонный аппарат, нижняя часть которого загружена массообменной насадкой - катализаторами из титановой стружки, а в верхней части установлен кожухотрубный теплообменник депарафинизатора, выполняющий роль дефлегматора. В межтрубное пространство теплообменника депарафинизатора подается оборотная вода, а в трубках теплообменника депарафинизатора проходит конденсация углеводородов (парафинов). Сконденсированные парафины возвращаются назад в куб-сборник углеводородов. Изменяя подачу воды в кожухотрубный теплообменник депарафинизатора, выполняющего роль дефлегматора, поддерживают температуру паров на выходе из депарафинизатора в диапазоне 180-300°С. Затем пары углеводородов поступают в ректификационную колонну, где разделяются на бензиновую и дизельную фракции. Дизельная фракция снизу ректификационной колонны через теплообменник ректификационной колонны, охлаждаемый оборотной водой, поступает в сборник дизельного топлива. Бензиновая фракция в газообразном виде и углеводородный газ сверху ректификационной колонны поступают в теплообменник охлаждения газа и конденсации паров воды и бензина. Бензиновая фракция в виде пара и углеводородный газ (газовая фракция) сверху ректификационной колонны поступают в теплообменник для охлаждения газовой фракции и конденсации паров бензина и воды. Качество дизельного топлива (температура вспышки, фракционный состав) регулируют температурой нижней части ректификационной колонны, которая составляет 160-220°С. Качество бензиновой фракции (плотность, фракционный состав и конец кипения) регулируют температурой на выходе из ректификационной колоны. Температуру верха ректификационной колоны в диапазоне 35-100°С поддерживают подачей воды в дефлегматор ректификационной колонны. Дефлегматор представляет собой кожухотрубный теплообменник, в межтрубное пространство которого подается оборотная вода, а в трубном пространстве дефлегматора происходит конденсация высококипящих углеводородов. В теплообменнике для охлаждения газа и конденсации паров бензина и присутствующей воды, который охлаждается оборотной водой, конденсируются пары бензиновой фракции. В газоводоотделителе происходит отделение воды и углеводородного газа (газовой фракции) от бензина. Углеводородный газ, который не конденсируется, направляют на горелку реактора термической деструкции, а избыточный углеводородный газ собирают в сборнике газа (газгольдере). Вода и бензин поступают в соответствующие сборники. Тяжелую фракцию - печное топливо (в основном парафины) накапливают в кубе депарафинизатора и в конце процесса термической деструкции, когда прекращается образование углеводородного газа, выводят через теплообменник печного топлива, который охлаждается водой системы охлаждения, в сборник печного топлива (он же сборник парафинов - парафиновых фракций). Процесс деструкции пластмасс заканчивают при температуре 450-480°С. Отключают подачу топлива на горелку. Твердый углеродистый коксовый остаток, который остался на дне реактора термической деструкции, после охлаждения реактора выгружают через нижний люк реактора термической деструкции в сборник кокса. Топку, имеющую большую массу футеровки, отсоединяют от реактора путем опускания ее на колеса и отвода в сторону для раздельного охлаждения ее и реактора (который охлаждают воздухом, подаваемым от газодувки топливной горелки).
При периодическом режиме использованы два реактора. Пока в работающем первом реакторе термической деструкции протекает процесс термической деструкции, следующий неработающий реактор термической деструкции загружают отходами пластмасс и готовят к запуску. Еще горячую топку, имеющую большую массу футеровки, подсоединяют к этому холодному, еще не нагретому реактору. Как только отключают подачу топлива на горелку работающего первого реактора термической деструкции, сразу же включают горелку неработающего до этого реактора термической деструкции, в котором начинается процесс деструкции. При этом поддерживают режимы температур на том же уровне, что и в предыдущем цикле. После проведения процесса термической деструкции в этом реакторе термической деструкции его переводят в режим охлаждения, а другой реактор термической деструкции загружают отходами пластмасс и проводят новый цикл: «термическая деструкция - охлаждение - выгрузка твердого углеродистого остатка - загрузка отходов пластмасс».
Признаками ближайшего аналога, совпадающими с существенными признаками первого изобретения, является наличие в способе деструктивной перегонки отходов полиэтилена и полипропилена загрузки в первый реактор деструктивной перегонки предварительно очищенных флотацией отходов полиэтилена и полипропилена от примесей, содержащих полихлорвинил, полиэтилентерефталат, целлюлозу, органические соединения, резину; подсоединения и нагрева топки первого реактора деструктивной перегонки топливной горелкой; нагрева и поддержания температуры в кубе-сборнике углеводородов отходящими газами, регулирования температуры выхода парогазовой смеси углеводородов из депарафинизатора подачей воды системы охлаждения в дефлегматор депарафинизатора, отбора парафиновых фракций; фракционирования оставшихся продуктов деструктивной перегонки в ректификационной колоне с получением паровой фазы бензиновой фракции и жидкой фазы дизельной фракции, регулирования температуры выхода оставшейся парогазовой смеси из ректификационной колонны подачей воды системы охлаждения в дефлегматор ректификационной колонны; охлаждения оставшейся парогазовой смеси в колонне постоянно работающего теплообменника, разделения ее на бензиновую и газовую фракции; загрузки сырья в следующий реактор деструктивной перегонки; отключения подачи топлива на горелку первого реактора; опускания топки первого реактора и его охлаждения, подсоединения топки следующего реактора и нагрева горелкой; выгрузки углеродистого остатка из охлажденных реакторов деструктивной перегонки.
Известно принятое в качестве ближайшего аналога второго изобретения устройство для деструктивной перегонки отходов полиэтилена и полипропилена, описанное в патенте РФ №2621097 на изобретение «Устройство для термической деструкции отходов полиэтилена и полипропилена», C08J 11/04; B29B 17/; C10B 53/00; C10B 53/07; C10G 1/00, 2017. В описании представлены два варианта устройства. В качестве ближайшего аналога принято устройство, используемое в названом в ближайшем аналоге периодическим режимом работы, которое снабжено, по меньшей мере, двумя блоками нагрева, соединенными параллельно, каждый из которых содержит реактор термической деструкции (деструктивной перегонки) с верхней загрузкой сырья (через узел загрузки) и нижней выгрузкой кокса через люк. В свою очередь каждый из реакторов деструктивной перегонки, либо один из них, содержит топку с массивной футеровкой, съемную и мобильную, которая выполнена с возможностью отсоединения от реактора, в котором закончился процесс термической деструкции (деструктивной перегонки), и присоединения к реактору, в котором начинается процесс деструктивной перегонки, путем опускания ее на колеса и отводом в сторону для раздельного охлаждения; топливную горелку, работающую как на жидком, так и на газообразном топливе собственного производства; сборник кокса - твердого коксового (углеродистого) остатка, оставшегося на дне реактора после его охлаждения, удаляемого через нижний (боковой) люк реактора. Второй вариант, используемый в так называемом непрерывном режиме работы с одним блоком нагрева, также содержит аналогичный реактор, но с боковым механизмом загрузки сырья в виде шнекового питателя и со шнековым механизмом выгрузки углеродистого остатка через боковой люк, топку с массивной футеровкой, горелку, сборник кокса (углеродистого остатка). В сборник углеродистого остатка твердый коксовый (углеродистый) остаток, оставшийся на дне реактора после его охлаждения при непрерывном режиме работы, выгружают с помощью шнека. Блок нагрева через сеть трубопроводов парогазовой смеси и через колонку катализатора соединен с блоком разделения продуктов деструктивной перегонки полимерного сырья на составные части, конструкция которого общая для первого и второго варианта изобретения-аналога и который состоит из последовательно соединенных теплообменника с водяным охлаждением, в котором, «реализована схема противоточного движения фаз» с нисходящим потоком парогазовой смеси углеводородов, с трубками; куба-сборника углеводородов с кипятильником, выполненного в виде цилиндрической емкости, расположенной горизонтально; депарафинизатора, состоящего из насадочной нижней части с трубками и дефлегматора, установленного в верхней части, и выполненного в виде кожухотрубного теплообменника; ректификационной колонны для разделения фракций дизельного топлива и бензина, состоящей из дефлегматора, насадочной части (концентрационной секции с массообменными насадками), секции питания (через которую происходит загрузка парогазовой смеси) и куба (отгонной секции) ректификационной колонны, с установленным там кипятильником, обогреваемым топливными (отходящими) газами, для отпаривания легкой фракции парогазовой смеси, теплообменника для охлаждения дизельной фракции; трубчатого вертикально установленного теплообменника с нисходящим движением паров бензина и углеводородного газа, массообменные насадки заполнены гетерогенным катализатором в виде полосок из титана, скрученных в спирали, причем каждая спираль предварительно скручена в одну или в разные стороны, образуя во втором случае спирали левого и правого вращения, полоски из титана размещены в кубе-сборнике, в трубках теплообменника, в котором конденсируются высококипящие углеводороды из парогазовой смеси, в трубках дефлегматора депарафинизатора и в трубках дефлегматора ректификационной колонны, полоски из титана, скрученные в спирали, содержатся в масообменных насадках в депарафинизаторе и в ректификационной колонне; до и после куба-сборника на трубопроводе отходящих газов установлены шибера; предусмотрены сборники продуктов перегонки: бензина, дизельного топлива, газа (газгольдер), печного топлива (с парафиновой фракцией); а также газоводоотделитель, емкость топлива для горелки; теплообменник для охлаждения печного топлива; сборник воды (отделенной); емкость оборотной воды. Объем емкости куба-сборника углеводородов установлен экспериментально.
Признаками ближайшего аналога, совпадающими с существенными признаками второго изобретения, является наличие в устройстве для деструктивной перегонки отходов полиэтилена и полипропилена, по меньшей мере, двух блоков нагрева, которые соединены параллельно, каждый из которых содержит реактор деструктивной перегонки, выполненный с возможностью верхней загрузки полимерного сырья через узел загрузки и удаления твердого углеродистого остатка через нижний боковой люк реактора, каждый из реакторов содержит топку, которая выполнена с возможностью отсоединения от реактора и присоединения к нему, топливную горелку; блока разделения продуктов деструктивной перегонки полимерного сырья на составные части, который состоит из последовательно соединенных: теплообменника водяного охлаждения с нисходящим потоком парогазовой смеси углеводородов, куба-сборника углеводородов, выполненного в виде цилиндрической емкости, расположенной горизонтально, снабженного кипятильником, нагреваемым отходящими газами, а также установленного на кубе депарафинизатора, состоящего из нижней части с трубками и с массообменными насадками, заполненными катализатором, и из дефлегматора, выполненного в виде кожухотрубного теплообменника, установленного в верхней части депарафинизатора; ректификационной колонны для разделения фракций дизельного топлива и бензина, состоящей из дефлегматора, установленного в верхней части колонны, концентрационной секции с массообменными насадками, заполненными катализатором, секции питания и отгонной секции, теплообменника для охлаждения дизельной фракции; трубчатого вертикально установленного теплообменника с нисходящим движением паров бензина и углеводородного газа (газовой фракции); газоводоотделителя, системы трубопроводов парогазовой смеси углеводородов, системы трубопроводов отходящих газов с шиберами, установленными до и после куба-сборника углеводородов; системы охлаждения, установленных на трубопроводе парогазовой смеси углеводородов сборников продуктов деструктивной перегонки: фракции дизельного топлива, бензиновой фракции, газовой фракции (газгольдера), сборников парафиновых фракций; установленной в системе охлаждения емкости оборотной воды; сборника углеродистого остатка, сборника отделенной воды.
Техническим результатом первого и второго изобретений является повышение производительности и эффективности способа деструктивной перегонки отходов полиэтилена и полипропилена и работы устройства для его осуществления, повышение качества продуктов перегонки, повышение безопасности работы устройства и процесса деструктивной перегонки, снижение вредных выбросов в окружающую среду, снижение энергоемкости.
Причинами, препятствующими получению указанного технического результата при использовании ближайшего аналога первого изобретения, являются следующие его недостатки. Недостатком известного способа является наличие операции перевозки и присоединения раскаленной до 1000°С топки, имеющей большую массу футеровки, ко второму холодному реактору якобы с целью экономии топлива и времени на разогрев. К топке обслуживающему персоналу небезопасно даже приблизиться, не говоря уже о перемещении ее от одного реактора к другому и последующем подсоединении к нему. Недостатком известного способа является осуществление однократной загрузки полного объема реактора исходным сырьем с последующей деструкцией загруженного этого объема сырья от начала до конца технологического процесса. Весь объем загруженного сырья переходит в расплавленное состояние и занимает после этого всего четверть полного объема реактора. Поскольку процесс деструкции согласно ближайшему аналогу дальше идет до конца без остановки - имеет место неэффективное использование реактора, работающего всего на одну четвертую его мощности. Недостатком известного способа также является прикипание углеродистого остатка к днищу реактора из-за отсутствия использования в реакторе антипригарного слоя смазки-разжижателя (например, тугоплавких тяжелых парафинов). Недостатком является также сброс отходящих газов при температуре 470-500°С в атмосферу, когда при достижении рабочих температур в кубе депарафинизатора и в кубе ректификационной колонны отключают подачу в кипятильник топливных газов путем закрытия шиберов до входа в куб ректификационной колонны и после выхода. Подача топливных газов с температурой 600-900°С из кипятильника куба-сборника углеводородов в куб ректификационной колонны ближайшего аналога никак не влияет на значительное (в среднем на 50-60%) уменьшение количества некондиционных фракционных продуктов, образующихся в пусковой период и не уменьшает затраты тепла и энергии. Данный прием только усложняет конструкцию узла фракционирования, лишь удорожая ее, не решая обозначенной задачи. При непрерывном режиме работы в ближайшем аналоге предусмотрено обеспечение регламентного уровня в кубе-сборнике постоянным сливом. Но постоянный слив маленькой струйкой приведет к «замерзанию» получаемого продукта в холодильнике и его полной закупорке, что приведет к возникновению аварийной ситуации.
Причинами, препятствующими получению указанного технического результата при использовании ближайшего аналога второго изобретения, являются следующие его недостатки. Недостатком известного устройства является выполнение перемещаемой топки с массивной футеровкой (раскаляемой до 1000°С). Такое решение представляет опасность из-за высокотемпературного излучения, остаточных испарений продуктов деструкции поскольку не предложены устройства, обеспечивающие защиту от воздействия высокой температуры и вредных газов. Причем остывать топка с такой футеровкой будет не менее 8 часов. Недостатком известного устройства является наличие взрывоопасной колонки катализатора, заполненной титановой стружкой для обеспечения очистки парогазовой смеси на самом раннем этапе ее выхода. Зашлаковывание поверхностей титановой стружки приведет к уменьшению проходимости парогазовой смеси в колонке катализатора из-за свойств титана. Недостатком является отсутствие защиты поверхности кипятильника из нижней части куба-сборника от налипания частиц тяжелых углеродистых составляющих. Из-за взрывоопасности недостатком является использование гетерогенного катализатора - титана в каталитическом процессе утилизации по ближайшему аналогу, поскольку титан никак не воздействует на разделение и разрыв молекулярных связей углеводородов. Напротив, химические свойства титана показывают, что использование данного металла в качестве катализатора в виде полосок из титана шириной 5-20 мм, толщиной 0,5-1,5 мм в процессе утилизации углеводородов нецелесообразно и очень опасно. По своим свойствам титан очень устойчив к коррозии, благодаря оксидной пленке, но при измельчении в порошок, а также в тонкой стружке или проволоке титан пирофорен. Титановая пыль имеет свойство взрываться (температура вспышки 400°С), а титановая стружка пожароопасная. Титан легко реагирует даже со слабыми кислотами в присутствии комплексообразователей, например, с плавиковой кислотой HF он взаимодействует благодаря образованию комплексного аниона [TiF6]2-. Титан наиболее подвержен коррозии в органических средах, так как в присутствии воды на поверхности титанового изделия образуется плотная пассивная пленка из оксидов и гидрида титана. Наиболее заметное повышение коррозионной стойкости титана заметно при повышении содержания воды в агрессивной среде с 0,5 до 8,0%, что подтверждается электрохимическими исследованиями электродных потенциалов титана в растворах кислот и щелочей в смешанных водно-органических средах. Также нагретый титан взаимодействует с галогенами. Так, например, при случайном попадании в реактор полимера, содержащего хлор, титан вступит с ним во взаимодействие при температуре 550°С и образует тетрахлорид титана TiCl4, который при соединении с содержащимися в газовом потоке парами воды, превращается в сильно дымящую бесцветную жидкость (что объясняется гидролизом TiCl4), с образованием мельчайших капелек HCl и взвеси гидроксида титана. При утилизации полимеров, содержащих азот N2, с увеличением температуры выше 400°С, титан образует нитрид титана. При химическом взаимодействии титана с водой по схеме Ti+2Н2О=TiO2+2Н2, протекают одновременно два процесса - поглощение титаном водорода и образование окисных соединений. Окисление титана в воде протекает интенсивно; увеличение содержания кислорода в титане в результате взаимодействия с водой более чем в десять раз превышает окисление на воздухе при тех же температурах, содержание водорода в титане после контакта с водой возрастает в 3-4 раза. При взаимодействии титана с водородом образуется гидрид титана (TiH2). Кроме того, титан поглощает около 30% водорода, который занимает октаэдрические пустоты решетки. Адсорбированный при повышенных температурах водород не остается только на поверхности. Водород диффундирует в титан с очень большими скоростями. Диффузия водорода в титан происходит через щели и другие места нарушения структуры металла. За этим быстрым процессом следует медленная диффузия водорода и его растворение в металле с образованием твердого раствора. После того как образование твердого раствора будет закончено, значительное количество водорода может быть адсорбировано на поверхности межкристаллитных щелей, что приведет к поглощению водорода в количестве, большем стехиометрического. Окисные соединения полностью остаются в металле и приводят к ухудшению его качества. Исходя из вышесказанного катализатор из титановой стружки в процессе утилизации полимерных отходов, является простым, но опасным наполнителем для данного процесса, создающим запорное сопротивление потоку деструкционных газов. Титан отбирает водород из разрушенных цепочек полимеров, препятствуя образованию структур составных частей продуктов деструктивной перегонки полимерного сырья. Недостатком конструкции теплообменника с водяным охлаждением с нисходящим потоком парогазовой смеси углеводородов является конструктивное решение сбора паров в общую систему охлаждения устройства, поскольку сбор пара в ней ведет к нагреву охлаждающей воды и к снижению эффективности охлаждения. Устройство непрерывной шнековой загрузки при варианте непрерывного режима работы исключает обеспечение герметичности реактора, являющейся, главным условием проведения процесса утилизации термической деструкцией и его безопасности. Конструктивно невозможно также использовать шнек для очистки цилиндрического реактора от углеродистого остатка, образующегося после процесса деструкции и выгрузки его. Шнек, например, диаметром 300 мм, входящий в реактор (например, диаметром 1500 мм) между жаровыми трубами диаметром 300 мм не может полностью выгрузить углеродистый остаток, так как шнек - это не пылесос. Накапливающийся в процессе эксплуатации реактора не удаленный по бокам реактора и между жаровыми трубами углеродистый остаток не позволит обеспечить необходимые температурные показатели и скорость нагрева 1,5-4°С/минуту содержимого реактора термической деструкции. К тому же, накапливающийся на дне реактора углеродистый остаток постепенно превратится в коксовую глыбу, которая будет способствовать перегреву днища и нижней части реактора. Превышающие температуры доведут металл до состояния ковки, что может стать причиной провисания днища, невозможности отъезда разогретой до 1000°С топки, разрыва сварочных швов жаровых труб и нижней части реактора по всему днищу реактора, что приведет к взрыву.
Технической задачей, на решение которой направлены изобретение-способ и изобретение-устройство, является расширение арсенала конструктивно и технологически усовершенствованных технических средств для осуществления термической деструкции полимерных отходов с получением продуктов деструктивной перегонки.
Поставленная задача первого изобретения решена тем, что способ деструктивной перегонки отходов полиэтилена и полипропилена, включающий загрузку в первый реактор деструктивной перегонки предварительно очищенных флотацией отходов полиэтилена и полипропилена от примесей, содержащих полихлорвинил, полиэтилентерефталат, целлюлозу, органические соединения, резину; подсоединение и нагрев топки первого реактора деструктивной перегонки топливной горелкой; нагрев и поддержание температуры в кубе-сборнике углеводородов отходящими газами, причем поддержание температуры в кубе-сборнике углеводородов депарафинизатора осуществляют отключением-подключением подачи отходящих газов в кипятильник; регулирование температуры выхода парогазовой смеси углеводородов из депарафинизатора подачей воды системы охлаждения в дефлегматор депарафинизатора, отбор парафиновых фракций; фракционирование оставшихся продуктов деструктивной перегонки в ректификационной колоне с получением паровой фазы бензиновой фракции и жидкой фазы дизельной фракции, регулирование температуры выхода оставшейся парогазовой смеси из ректификационной колонны подачей воды системы охлаждения в дефлегматор ректификационной колонны; охлаждение оставшейся парогазовой смеси в колонне постоянно работающего теплообменника, разделение ее на бензиновую и газовую фракции; загрузку сырья в следующий реактор деструктивной перегонки; отключение подачи топлива на горелку первого реактора; опускание топки первого реактора и его охлаждение, подсоединение топки следующего реактора и нагрев его топливной горелкой; выгрузку твердого углеродистого остатка из охлажденных реакторов деструктивной перегонки, согласно первому изобретению перед загрузкой сырья донную часть каждого реактора покрывают слоем антипригарной смазки; подсоединение топок реакторов осуществляют с помощью воздушных подушек, загрузку реакторов применяют вакуумную, в несколько этапов по циклу: «загрузка реактора сырьем, вакуумизация загруженного объема реактора, нагрев реактора до 110-260°С для разжижения загруженного сырья» до достижения разжиженным сырьем отметки 0,7 от высоты полной загрузки реактора; после перехода загруженного первого реактора в рабочий режим деструктивной перегонки осуществляют загрузку следующего реактора в несколько этапов по тому же циклу «загрузка реактора сырьем, вакуумизация загружаемого объема реактора, нагрев реактора до 110-260°С для разжижения загруженного сырья» до достижения разжиженным сырьем отметки 0,7 от высоты полной загрузки следующего реактора; охлаждение реакторов осуществляют подачей углекислого газа; очистку через нижний боковой люк охлажденного реактора осуществляют промышленным пескоструйным аппаратом или пылесосом; снижение температуры отходящих газов, сбрасываемых в атмосферу, осуществляют путем пропускания их через бойлеры. Согласно первому изобретению в качестве слоя антипригарной смазки используют тугоплавкий парафин. Согласно первому изобретению, в качестве топлива горелки используют полученные продукты деструктивной перегонки. Согласно первому изобретению вакуумизацию загружаемого объема реактора осуществляют вакуумным насосом. Согласно первому изобретению подачу углекислого газа осуществляют от подсоединенных к реакторам емкостей с углекислым газом.
Поставленная техническая задача второго изобретения решена тем, что устройство для деструктивной перегонки отходов полиэтилена и полипропилена, включающее, по меньшей мере, два блока нагрева, которые соединены параллельно, каждый из которых содержит реактор деструктивной перегонки, выполненный с возможностью верхней загрузки полимерного сырья через узел загрузки и с возможностью удаления твердого углеродистого остатка через нижний боковой люк реактора, каждый из реакторов содержит топку, которая выполнена с возможностью отсоединения от реактора и присоединения к нему, и топливную горелку; блок разделения продуктов деструктивной перегонки полимерного сырья на составные части, который состоит из последовательно соединенных: теплообменника водяного охлаждения с нисходящим потоком парогазовой смеси углеводородов, куба-сборника углеводородов, выполненного в виде цилиндрической емкости, расположенной горизонтально, снабженного кипятильником, нагреваемым отходящими газами, установленного на кубе депарафинизатора, состоящего из нижней части с трубками и массообменными насадками, заполненными катализатором, и из дефлегматора, выполненного в виде кожухотрубного теплообменника, установленного в верхней части депарафинизатора; ректификационной колонны для разделения фракций дизельного топлива и бензина, состоящей из дефлегматора, установленного в верхней части колонны, концентрационной секции с массообменными насадками, заполненными катализатором; секции питания и отгонной секции; теплообменника для охлаждения дизельной фракции; трубчатого вертикально установленного теплообменника с нисходящим движением паров бензина и углеводородного газа (газовой фракции); газоводоотделителя, системы трубопроводов парогазовой смеси углеводородов, системы трубопроводов отходящих газов с шиберами, установленными до и после куба-сборника углеводородов; системы охлаждения, установленных на трубопроводе парогазовой смеси углеводородов сборников продуктов деструктивной перегонки: фракции дизельного топлива, бензиновой фракции, газовой фракции (газгольдера), сборников парафиновых фракций; установленной в системе охлаждения емкости оборотной воды; сборника углеродистого остатка, сборника отделенной воды, согласно второму изобретению каждая топка изготовлена с футеровкой на основе огнеупорных высокотемпературных керамических волокон и установлена на воздушных подушках; узел загрузки каждого реактора выполнен вакуумным; реакторы соединены с системой трубопроводов парогазовой смеси отрезками трубопроводов с установленными на них байпасами; в системе трубопроводов парогазовой смеси установлен вакуумный насос с возможностью его присоединения-отсоединения к каждому из реакторов; в системе трубопроводов парогазовой смеси установлена емкость с углекислым газом с возможностью ее присоединения-отсоединения к каждому из реакторов; теплообменник водяного охлаждения с нисходящим потоком парогазовой смеси углеводородов снабжен трубопроводом сброса пара в атмосферу с отводным патрубком для тушения паром пожара; каждый реактор соединен с трубопроводами системы парогазовой смеси отдельными участками, снабженными задвижками, до и после которых врезаны перепускные трубы с клапанами-регуляторами давления в системе для дозированного выпуска парогазовой смеси; в системе трубопроводов отходящих газов установлены бойлеры; в верхней части куба-сборника под теплообменником водяного охлаждения расположен уловитель парафиновой фракции, выполненный с возможностью ее отбора и подачи через холодильник парафиновой фракции в сборник парафиновой фракции; в верхней части куба-сборника под депарафинизатором установлен каплеуловитель в виде воронки с удлиненной отводной трубкой для предотвращения пенообразования в кубе-сборнике; в торце куба-сборника со стороны входа отходящих газов выполнен люк для соединения куба-сборника с холодильником для слива тяжелых парафинов в сборник тяжелых парафинов, после дефлегматора депарафинизатора установлен фильтр-успокоитель парогазовой смеси, соединенный на выходе с секцией питания ректификационной колоны по касательной для создания вихревого движения потока парогазовой смеси в ректификационной колонне; в отгонной секции ректификационной колонны установлены, по меньшей мере, три ректификационные тарелки; под кубом-сборником перед холодильником парафиновой фракции, после отгонной секции перед теплообменником охлаждения дизельной фракции, после газоводоотделителя установлены автоматические регуляторы уровня с выпускным клапаном; в качестве катализатора в массообменных насадках использованы безтитановые никельсодержащие сплавы с не менее 20% никеля; устройство на выходе из газоводоотделителя дополнительно снабжено газовым сепаратором. Согласно второму изобретению на трубопроводе парогазовой смеси на выходе из узла загрузки каждого реактора врезан отрезок трубопровода с задвижками для установки на нем вакуумного насоса с возможностью его присоединения-отсоединения к каждому реактору. Согласно второму изобретению, катализатор выполнен в виде тонких полосок, скрученных в спирали (стружки). Согласно второму изобретению, топка изготовлена с футеровкой из высокотемпературного мягкого керамического картона «Hitermic НТ». Согласно второму изобретению, топка изготовлена с футеровкой из огнеупорной керамической ваты. Согласно второму изобретению, выпускные клапана автоматического регулятора уровня выполнены с возможностью открывания после достижения фракциями уровня 2/3-1/2 соответствующих объемов.
Между совокупностью существенных признаков изобретений и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь. Совокупность указанных выше существенных признаков изобретения-способа и изобретения-устройства является необходимым и достаточным условием для достижения технического результата. В частности, выполнение загрузки реакторов вакуумным загрузчиком в несколько этапов по циклу: «загрузка реактора сырьем, вакуумизация загруженного объема реактора, нагрев реактора до 110-260°С для разжижения загруженного сырья» до достижения разжиженным сырьем отметки 0,7 от высоты полной загрузки реактора позволяет в три раза увеличить производительность реактора. Исключить появление некондиционных продуктов или снизить их до 2-3%, а также уменьшить на 80% затраты тепла и энергии на повторную «разгонку», дает подключение к блоку разделения продуктов деструктивной перегонки полимерного сырья на составные части предварительно загруженного и уже разогретого до 300°С второго реактора после окончания работы и выключения нагрева первого реактора. Такая операция при цикличном повторе, существенно уменьшит совокупное время процессов в сутки, что минимум в два раза увеличит производительность устройства в месяц по сравнению с ближайшим аналогом-способом. Подключение бойлеров подогрева бытовой воды позволяет снизить температуру отходящих газов, сбрасываемых в атмосферу, и обеспечить горячей водой. Наличие отводного патрубка для тушения паром пожара на трубопроводе сброса пара в атмосферу после теплообменника водяного охлаждения с нисходящим потоком парогазовой смеси углеводородов позволит повысить безопасности работы устройства и процесса деструктивной перегонки. Использование катализатора - стружки из безтитанового никельсодержащего сплава с не менее 20% никеля позволит ускорить процесс перегонки, увеличить скорость процесса деструкции в три раза по сравнению с ближайшим аналогом-устройством и обеспечить создание более коротких цепочек углеводородов, так как в присутствии никеля происходит реакция дегидрирования (никель - катализатор этой реакции), при температуре 300-360°С начинает выделяться свободный водород. Изготовление топки с футеровкой на основе огнеупорных высокотемпературных керамических волокон, в частности из высокотемпературного мягкого керамического картона «Hitermic НТ» позволит значительно уменьшить ее вес. Использование вакуумного насоса при загрузке позволит снизить температуру, при которой происходит плавление сырья и уплотнение загруженного сырья. Установка после дефлегматора депарафинизатора фильтра-успокоителя позволит стабилизировать поток парогазовой смеси. Установка топок на воздушных подушках позволяет компенсировать их тепловое расширение. Создания вихревого движения потока парогазовой смеси по спирали в ректификационной колонне позволит создать плавное его вхождение в контакт с массообменной насадкой и увеличить площадь их контакта. Наличие в отгонной секции ректификационной колонны ректификационных тарелок позволит обеспечить более полное выпаривание и разделение фракций. Использование углекислого газа позволит понизить температуру в охлаждаемом реакторе, выравнивать в нем давление и снизить время его охлаждения. Использование вакуумной загрузки позволит обеспечить бесперебойную и дозированную подачу сырья, соблюдение санитарных норм и норм безопасности производства.
Изобретения проиллюстрированы графическим материалом, где на фиг. 1 приведена схема устройства для деструктивной перегонки отходов полиэтилена и полипропилена, на фиг. 2 - приведен каплеуловитель.
Устройство для деструктивной перегонки отходов полиэтилена и полипропилена содержит два блока нагрева, которые соединены параллельно, и блок разделения продуктов деструктивной перегонки полимерного сырья на составные части (на фиг. блоки не обозначены). Каждый из блоков нагрева (на фиг. не обозначены) содержит реакторы 1 и 2 деструктивной перегонки, которые включают вакуумный загрузчик сырья 3 с возможностью его отсоединения, перемещения, и подсоединения через шибера на входе сырья (на фиг. не показаны) в каждый реактор 1, 2, нижний боковой люк 4, топку 5 с футеровкой из высокотемпературного мягкого керамического картона «Hitermic НТ» (на фиг. не обозначена), установленную на воздушных подушках 6, и выполненную с возможностью отсоединения от реакторов 1, 2 и присоединения к ним, и снабженную горелкой 7. Каждый реактор 1, 2 соединен с байпасами 8 и 9 для стравливания избыточного давления при загрузке и охлаждении реакторов 1, 2 с системой трубопроводов парогазовой смеси 10, которая непосредственно возле реакторов 1, 2 соединена с вакуумным насосом 11, соединенным с реакторами 1, 2 через запорные клапаны 12, 13 трубопроводом 14 для установки с возможностью его присоединения-отсоединения к каждому из реакторов 1, 2. Параллельно байпасам 8, 9 установлены задвижки 15. Блок разделения продуктов деструктивной перегонки (на фиг. не обозначен) содержит систему трубопроводов отходящих газов 16, систему трубопроводов водяного охлаждения 17. Блок разделения продуктов деструктивной перегонки (на фиг. не обозначен) включает последовательно соединенные теплообменник водяного охлаждения 18 с нисходящим потоком парогазовой смеси углеводородов, куб-сборник углеводородов 19, выполненный в виде цилиндрической емкости, расположенной горизонтально, снабженный кипятильником 20, нагреваемым отходящими газами системы 16, установленного на кубе-сборнике 19 депарафинизатора 21, состоящего из нижней части с трубками и с массообменными насадками (на фиг. не обозначены), и из дефлегматора 22, установленного в верхней части депарафинизатора 21. Блок разделения продуктов деструктивной перегонки (на фиг. не обозначен) включает ректификационную колонну 23 для разделения фракций дизельного топлива и бензина, состоящую из дефлегматора 24 ректификационной колонны 23 в верхней ее части, концентрационной секции 25 с массообменными насадками (на фиг. не показаны), секции питания 26 и отгонной секции 27. Блок разделения продуктов деструктивной перегонки (на фиг. не обозначен) также включает теплообменник 28 для охлаждения дизельной фракции; трубчатый вертикально установленный постоянно работающий теплообменник 29 с нисходящим движением паров бензина и углеводородного газа (газовой фракции). Блок разделения продуктов деструктивной перегонки (на фиг. не обозначен) включает сборник парафиновой фракции 30, сборник фракции дизельного топлива 31, сборник бензиновой фракции 32, установленные в системе трубопроводов парогазовой смеси углеводородов 10 газоводоотделитель 33, газовый сепаратор 34, сборник газовой фракции (газгольдер) 35. Блок разделения (на фиг. не обозначен) включает установленную в системе охлаждения 17 емкость оборотной воды 36. Реакторы 1, 2 соединены патрубками 37, 38 с установленными на них байпасами 8 и 9 и задвижками 15 отрезком трубопровода парогазовой смеси 39. В системе трубопроводов 16 отходящих газов до и после куба-сборника 19 установлены шибера 40, 41. Теплообменник водяного охлаждения 18 снабжен трубопроводом 42 для сброса пара в атмосферу с запорным клапаном 43 и с отводящим патрубком 44 с запорным клапаном 45 для тушения паром пожара. В торце куба-сборника 19 со стороны входа трубопровода 16 отходящих газов выполнен люк 46; под кубом-сборником 19 установлен холодильник парафиновой фракции 47. В верхней части куба-сборника 19 под теплообменником водяного охлаждения 18 расположен уловитель тяжелых парафинов 48. В верхней части куба-сборника 19 под депарафинизатором 21 для предотвращения пенообразования установлен каплеуловитель (на фиг. не обозначен) в виде воронки 49 с удлиненной (для исключения брызг) и закругленной отводной трубкой 50. После депарафинизатора 21 на трубопроводе 10 установлен фильтр-успокоитель 51 парогазовой смеси, соединенный на выходе со входом секции питания 26 ректификационной колоны 23 по касательной для создания вихревого движения потока парогазовой смеси в ректификационной колонне 23. В отгонной секции 27 ректификационной колонны 23 установлены, ректификационные тарелки (на фиг. не показаны). Отгонная секция 27 снабжена автоматическим регулятором уровня 52 с выпускным клапаном 53, который имеет возможность открывания после достижения фракцией дизельного топлива определенного уровня, например 2/3 объема секции 27. Аналогичные автоматические регуляторым уровня 52 с выпускным клапаном 53 установлены под кубом-сборником 19 перед холодильником парафиновой фракции 47 и после газоводоотделителя 33. В системе трубопроводов парогазовой смеси 10 к каждому реактору 1, 2 для повышения в нем давления после охлаждения через запорные клапаны 54 подсоединена емкость с углекислым газом 55. По ходу отходящих газов после реакторов 1, 2 подсоединен автономный трубопровод отходящих газов 56, на котором установлен бойлер 57, используемый во время загрузки. После куба-сборника 19 в системе отходящих газов 16 установлен бойлер 58. После уловителя тяжелых парафинов 48, выполненного с возможностью их отбора и подачи через холодильник слива тяжелых парафинов 59 они поступают в сборник тяжелых парафинов 60. После газоводоотделителя 33 расположена емкость сбора отделенной воды 61. Отводной патрубок 62 от системы отходящих газов 16 предусмотрен для предотвращения перегревания куба-сборника 19 и сброса отходящих газов в атмосферу. Для отсоединения, например, работающего реактора 1 от неработающего реактора 2 и наоборот в системе отходящих газов 16 предусмотрен отрезок трубопровода 63 с задвижками 64 и 65, а также предусмотрены отрезки трубопровода отходящих газов 66, 67 с задвижками 68 и 69.
Способ деструктивной перегонки отходов полиэтилена и полипропилена на устройстве для его осуществления выполняют следующим образом. Производят подготовку сырья путем очистки, флотации отходов полиэтилена и полипропилена и освобождения их от примесей, содержащих полихлорвинил, полиэтилентерефталат, целлюлозу, хлор, серу, производные соединений терифталевой кислоты и органических соединений. Перед загрузкой сырья на дно каждого реактора 1, 2 помещают слой антипригарной смазки, например, тяжелый (тугоплавкий) парафин. Присоединяют топку 5 к реактору 1 с помощью воздушных подушек 6, питаемых компрессором (на фиг. не показан), и запускают горелку 7, работающую, например, на собственном полученном газе или на продуктах дизельной, и/или парафиновой фракции. Загружают реактор 1 вакуумным загрузчиком 3 в несколько этапов по циклу: «полная загрузка сырьем, вакуумизация загружаемого объема, нагрев до 110-260°С для разжижения загруженного сырья» до достижения разжиженным сырьем отметки 0,7 от высоты полной загрузки реактора 1, который нагревается со скоростью 2-3°С/мин. Вакуумизацию осуществляют с помощью вакуумного насоса 11, открывая клапан 12 и закрывая клапан 13. После загрузки реактора 1 при достижении разжиженным сырьем отметки 0,7 от высоты полной загрузки вакуумный насос 11 отключают, закрывая клапан 12. Отходящие газы с температурой 400-450°С по системе трубопроводов отходящих газов 16 от реактора 1 при открытой задвижке 64 и закрытых, 65, 68, 69 поступают в куб-сборник 19, после которого - в бойлер 58, а затем сбрасываются в атмосферу при 140-142°С. Отводной патрубок 62 от системы трубопроводов отходящих газов 16 предусмотрен для предотвращения перегревания выше 350°С куба-сборника 19 путем сбрасывания отходящих газов на бойлер 58. Реактор 2 отсоединен задвижками 9 и 15 от системы трубопроводов парогазовой смеси 10. Выделяемая из реактора 1 парогазовая смесь углеводородов поступает через постоянно работающий теплообменник 18 с водяным охлаждением (выполненный с возможностью предотвращения перегрева парогазовой смеси) в куб-сборник 19, объем которого рассчитан опытным путем (из загружаемого количества сырья третью часть будут составлять парафины, объем куба должен быть не менее двух долей получаемого парафина). Далее парогазовая смесь углеводородов поступает в депарафинизатор 21, где происходит отделение первой фракции - фракции парафинов путем охлаждения в дефлегматоре 22 депарафинизатора 21 при дозированной подаче охлаждающей воды по системе трубопроводов водяного охлаждения 17 в дефлегматор 22. Далее парафин в жидком состоянии через воронку 49 и закругленную отводную трубку 50 каплеуловителя (на фиг. не обозначен) поступает в куб-сборник 19. Поддержание уровня жидкого парафина и его слив из куба-сборника 19 в сборник парафиновой фракции 30 через холодильник парафиновой фракции 47 осуществляется автоматическим регулятором уровня 52 с выпускным клапаном 53, открывающимся после достижения фракцией определенного уровня, например 2/3 или 1/2 объема куба-сборника 19. Тяжелые парафины, оседающие в осадок в уловителе тяжелых парафинов 48 в кубе-сборнике 19 отбираются и поступают в холодильник 59, а затем в сборник тяжелых парафинов 60. Дальше парогазовая смесь по системе трубопроводов 10 поступает в фильтр-успокоитель 51 парогазовой смеси и проходит через катализатор (стружка из безтитанового никельсодержащего сплава с не менее 20% никеля). В присутствии никеля происходит реакция дегидрирования (никель - катализатор этой реакции), при температуре 300-360°С начнет выделяться свободный водород, что позволит ускорить процесс перегонки паров и обеспечить создание более коротких цепочек углеводородов. После фильтра-успокоителя 51, подключенного к секции питания (загрузочной) 26 ректификационной колоны 23 по касательной, поток парогазовой смеси приобретает вихревое движение, часть сконденсированных частиц дизельного топлива в горячем виде (180°С) опускается вниз на ректификационные тарелки (на фиг. не показаны) в отгонной секции 27, нагревая их. Летучая часть смеси поднимается в концентрационную секцию 25 с массообменными насадками (на фиг. не показаны), где происходит массообмен (омывание частиц одна другой), легкие фракции поднимаются в дефлегматор 24 ректификационной колонны 23, остаточные частицы фракции дизельного топлива благодаря подаче охлаждающей воды захватывают встречные тяжелые частицы фракции дизельного топлива и опускаются в отгонную секцию 27 с ректификационными тарелками (на фиг. не показаны), где накапливаются частицы фракции дизельного топлива. Отгонная секция 27 снабжена автоматическим регулятором уровня 52 с выпускным клапаном 53, открывающимся после достижения фракцией дизельного топлива определенного уровня, например 2/3 или 1/2 объема секции 27. Собранная фракция дизельного топлива через теплообменник для охлаждения дизельной фракции 28 поступает в сборник фракции дизельного топлива 31. Далее парогазовая смесь без парафиновой и дизельной фракции поступает в постоянно работающий теплообменник 29 с охлаждающей водой при температуре 20-25°С, проходя через который разделяется на бензиновую фракцию, которая поступает через газоводоотделитель 33 в сборник бензиновой фракции 32, и газовую фракцию, которая состоит, по меньшей мере, из одиннадцати газов, мас. %: метан 67,336; этан 10,290; пропан 9,955; Н-бутан 1,263; Н-бутан 1,494; Н-пентан 0,341; Н-пентан 0,179; гексан + высшие 0,351; двуокись углерода 8,500; кислород 0,028; азот 0,263. Газы имеют разную плотность, поэтому конденсация некоторых из них неизбежна, что может создать взрывоопасную ситуацию при непосредственном направлении смеси газов на горелку 7 реакторов 1, 2. Поэтому смесь газов газовой фракции после фракционирования направляют в газгольдер 35 через газовый сепаратор 34. А уже затем из газгольдера 35 освобожденный от газового конденсата газ насосом (на фиг. не показан), например, подают на топливные горелки 7 реакторов 1, 2. Газовый сепаратор 34 позволяет не только осушить газ, но и получать дополнительный продукт - газовый конденсат, являющийся высооктановой присадкой для бензиновой фракции. Поддержание уровня жидкости и ее слив из газоводоотделителя 33 в сборник бензиновой фракции 32 осуществляется автоматическим регулятором уровня 52 с выпускным клапаном 53 после достижения жидкости определенного уровня, например, 2/3 или 1/2 объема газоводоотделителя 33. Система трубопроводов водяного охлаждения 17 выполнена замкнутой и снабжена электрическими задвижками (на фиг. не обозначены) перед теплообменниками 18, 22, 24. После теплообменника 29 вода собирается в емкости оборотной воды 36. После теплообменника водяного охлаждения 18 образовавшийся пар по трубопроводу 42, снабженному запорным клапаном 43, сбрасывается в атмосферу. Предусмотрено тушение паром пожара при закрывании клапана 43 и открывании запорного клапана 45 на отводящем патрубке 44. Отделенная вода от газоводоотделителя 33 собирается в емкость для сбора отделенной воды 61, а затем очищается. Загрузку реактора 2 вакуумным загрузчиком 3 (который переместили от реактора 1) начинают примерно через 1,0-1,5 часа после начала работы реактора 1. Присоединяют топку 5 к реактору 2 с помощью воздушной подушки 6, питаемой компрессором (на фиг. не показан), и запускают горелку 7, работающую, например, на собственном полученном газе или на продуктах дизельной, и/или парафиновой фракции. Загрузку также осуществляют в несколько этапов по циклу: «полная загрузка сырьем, вакуумизация загружаемого объема, нагрев до 110-260°С для разжижения загруженного сырья» до достижения разжиженным сырьем отметки 0,7 от высоты полной загрузки реактора 2, при закрытых задвижках 54, 65, 15 и открытой - 69, а также при подсоединенном вакуумном насосе 11. Вакуумизацию осуществляют с помощью вакуумного насоса 11, открывая клапан 13 (клапан 12 остается закрытым). После загрузки реактора 2 при достижении разжиженным сырьем отметки 0,7 от высоты полной загрузки вакуумный насос 11 отключают. При загрузке при достижении давления в реакторе 2 больше 0,5 атм. байпас 9 автоматически сбрасывает давление. При начале падения температуры до 400-440°С в реакторе 1 отключают его горелку 7, закрывают задвижки 15, 64 при закрытой задвижке 12, опускают топку 5 и реактор 1 ставят в режим охлаждения. При охлаждении реактора 1 ниже 260°С в нем возникает отрицательное давление, поэтому подключают емкость с углекислым газом 55, при этом клапан 54 автоматически срабатывает, пуская углекислый газ, что позволяет ускорить процесс охлаждения реактора 1 до 1-1,5 часа. Отходящие газы от реактора 1 при открытой задвижке 68 и закрытых 64, 15 поступают в бойлер 57, а затем сбрасываются в атмосферу при 140-142°С. При этом в реакторе 1 происходит остаточное выделение паров парогазовой смеси из углеродистого остатка, давление повышается, и при достижении давления в пределах 0,5 атм. парогазовая смесь через байпас 8 дозировано сбрасывается в систему трубопроводов 10. После полного остывания реактора 1 производят его очистку от углеродистого остатка с помощью промышленного пескоструйного аппарата и/или пылесоса (на фиг. не показаны) через нижний боковой люк 4 реактора 1. Затем закрывают люк 4, подсоединяют вакуумный загрузчик сырья 3, подводят топку 5, открывают клапан 12 от вакуумного насоса 11 и начинают разгон реактора 1 для очередного цикла по той же схеме. Промышленные отходы из синтетических полимерных материалов, преимущественно, из полиэтилена и полипропилена деструктивной перегонкой преобразуются в шесть полезных и качественных продуктов, готовых к применению: газовая смесь, газовый конденсат, бензиновая фракция, дизельная фракция, парафиновая фракция (легкоплавкие и тугоплавкие парафины), углеродистый остаток, не содержащих серу и тяжелые металлы. Утилизация этих промышленных отходов 100-процентная, а из одного килограмма отходов получают один литр жидких фракций.
1. Способ деструктивной перегонки отходов полиэтилена и полипропилена, включающий загрузку в первый реактор деструктивной перегонки предварительно очищенных флотацией отходов полиэтилена и полипропилена от примесей, содержащих полихлорвинил, полиэтилентерефталат, целлюлозу, органические соединения, резину; подсоединение и нагрев топки первого реактора деструктивной перегонки топливной горелкой; нагрев и поддержание температуры в кубе-сборнике углеводородов отходящими газами, причем поддержание температуры в кубе-сборнике углеводородов депарафинизатора осуществляют отключением-подключением подачи отходящих газов в кипятильник; регулирование температуры выхода парогазовой смеси углеводородов из депарафинизатора подачей воды системы охлаждения в дефлегматор депарафинизатора, отбор парафиновых фракций; фракционирование оставшихся продуктов деструктивной перегонки в ректификационной колоне с получением паровой фазы бензиновой фракции и жидкой фазы дизельной фракции, регулирование температуры выхода оставшейся парогазовой смеси из ректификационной колонны подачей воды системы охлаждения в дефлегматор ректификационной колонны; охлаждение оставшейся парогазовой смеси в колонне постоянно работающего теплообменника, разделение ее на бензиновую и газовую фракции; загрузку сырья в следующий реактор деструктивной перегонки; отключение подачи топлива на горелку первого реактора; опускание топки первого реактора и его охлаждение, подсоединение топки следующего реактора и нагрев его топливной горелкой; выгрузку твердого углеродистого осадка из охлажденных реакторов деструктивной перегонки, отличающийся тем, что перед загрузкой сырья донную часть каждого реактора покрывают слоем антипригарной смазки; подсоединение топок реакторов осуществляют с помощью воздушных подушек, загрузку реакторов применяют вакуумную, в несколько этапов по циклу: «загрузка реактора сырьем, вакуумизация загруженного объема реактора, нагрев реактора до 110-260°С для разжижения загруженного сырья» до достижения разжиженным сырьем отметки 0,7 от высоты полной загрузки реактора; после перехода загруженного первого реактора в рабочий режим деструктивной перегонки осуществляют загрузку следующего реактора в несколько этапов по тому же циклу «загрузка реактора сырьем, вакуумизация загружаемого объема реактора, нагрев реактора до 110-260°С для разжижения загруженного сырья» до достижения разжиженным сырьем отметки 0,7 от высоты полной загрузки следующего реактора; охлаждение реакторов осуществляют подачей углекислого газа; очистку через нижний боковой люк охлажденного реактора осуществляют промышленным пескоструйным аппаратом или пылесосом; снижение температуры отходящих газов, сбрасываемых в атмосферу, осуществляют путем пропускания их через бойлеры.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве слоя антипригарной смазки используют тугоплавкий парафин.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве топлива горелки используют полученные продукты деструктивной перегонки.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вакуумизацию загружаемого объема реактора осуществляют вакуумным насосом.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подачу углекислого газа осуществляют от подсоединенных к реакторам емкостей с углекислым газом.
6. Устройство для деструктивной перегонки отходов полиэтилена и полипропилена, включающее по меньшей мере два блока нагрева, которые соединены параллельно, каждый из которых содержит реактор деструктивной перегонки, выполненный с возможностью верхней загрузки полимерного сырья через узел загрузки и с возможностью удаления твердого углеродистого осадка через нижний боковой люк реактора, каждый из реакторов содержит топку, которая выполнена с возможностью отсоединения от реактора и присоединения к нему, и топливную горелку; блок разделения продуктов деструктивной перегонки полимерного сырья на составные части, который состоит из последовательно соединенных: теплообменника водяного охлаждения с нисходящим потоком парогазовой смеси углеводородов, куба-сборника углеводородов, выполненного в виде цилиндрической емкости, расположенной горизонтально, снабженного кипятильником, нагреваемым отходящими газами, установленного на кубе депарафинизатора, состоящего из нижней части с трубками и массообменными насадками, заполненными катализатором, и из дефлегматора, выполненного в виде кожухотрубного теплообменника, установленного в верхней части депарафинизатора; ректификационной колонны для разделения фракций дизельного топлива и бензина, состоящей из дефлегматора, установленного в верхней части колонны, концентрационной секции с массообменными насадками, заполненными катализатором; секции питания и отгонной секции; теплообменника для охлаждения дизельной фракции; трубчатого вертикально установленного теплообменника с нисходящим движением паров бензина и углеводородного газа (газовой фракции); газоводоотделителя, системы трубопроводов парогазовой смеси углеводородов, системы трубопроводов отходящих газов с шиберами, установленными до и после куба-сборника углеводородов; системы охлаждения, установленных на трубопроводе парогазовой смеси углеводородов сборников продуктов деструктивной перегонки: фракции дизельного топлива, бензиновой фракции, газовой фракции, сборников парафиновых фракций; установленной в системе охлаждения емкости оборотной воды; сборника углеродистого осадка, сборника отделенной воды, отличающееся тем, что каждая топка выполнена с футеровкой на основе огнеупорных высокотемпературных керамических волокон и установлена на воздушных подушках; узел загрузки каждого реактора выполнен вакуумным; реакторы соединены с системой трубопроводов парогазовой смеси отрезками трубопроводов с установленными на них байпасами; в системе трубопроводов парогазовой смеси установлен вакуумный насос с возможностью его присоединения-отсоединения к каждому из реакторов; в системе трубопроводов парогазовой смеси установлена емкость с углекислым газом с возможностью ее присоединения-отсоединения к каждому из реакторов; теплообменник водяного охлаждения с нисходящим потоком парогазовой смеси углеводородов снабжен трубопроводом сброса пара в атмосферу с отводным патрубком для тушения паром пожара; каждый реактор соединен с трубопроводами системы парогазовой смеси отдельными участками, снабженными задвижками, до и после которых врезаны перепускные трубы с клапанами-регуляторами давления в системе для дозированного выпуска парогазовой смеси; в системе трубопроводов отходящих газов установлены бойлеры; в верхней части куба-сборника под теплообменником водяного охлаждения расположен уловитель парафиновой фракции, выполненный с возможностью ее отбора и подачи через холодильник парафиновой фракции в сборник парафиновой фракции; в верхней части куба-сборника под депарафинизатором установлен каплеуловитель в виде воронки с удлиненной отводной трубкой для предотвращения пенообразования в кубе-сборнике; в торце куба-сборника со стороны входа отходящих газов выполнен люк для соединения куба-сборника с холодильником для слива тяжелых парафинов в сборник тяжелых парафинов, после дефлегматора депарафинизатора установлен фильтр-успокоитель парогазовой смеси, соединенный на выходе с секцией питания ректификационной колоны по касательной для создания вихревого движения потока парогазовой смеси в ректификационной колонне; в отгонной секции ректификационной колонны установлены по меньшей мере три ректификационные тарелки; под кубом-сборником перед холодильником парафиновой фракции, после отгонной секции перед теплообменником охлаждения дизельной фракции, после газоводоотделителя установлены автоматические регуляторы уровня с выпускным клапаном; в качестве катализатора в массообменных насадках использованы беститановые никельсодержащие сплавы; устройство на выходе из газоводоотделителя дополнительно снабжено газовым сепаратором.
7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что на трубопроводе парогазовой смеси на выходе из узла загрузки каждого реактора врезан отрезок трубопровода с задвижками для установки на нем вакуумного насоса с возможностью его присоединения-отсоединения к каждому реактору.
8. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что катализатор выполнен в виде тонких полосок, скрученных в спирали в виде стружки.
9. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что топка изготовлена с футеровкой из высокотемпературного мягкого керамического картона «Hitermic НТ».
10. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что топка изготовлена с футеровкой из огнеупорной керамической ваты.
11. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что выпускные клапаны автоматического регулятора уровня выполнены с возможностью открывания после достижения фракциями уровня 2/3-1/2 соответствующих объемов.
