Способ и оборудование пиролиза цельной автомобильной покрышки - RU2358002C2
Код документа: RU2358002C2
Чертежи
Описание
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ НАСТОЯЩЕЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к способу и оборудованию для пиролиза цельных покрышек, предназначенным для применения в химической промышленности для термической деструкции твердых веществ, содержащих углерод и углеводороды, содействуя их декомпозиции на жидкие углеводородные фракции, получаемые после конденсации в совместно действующем технологическом процессе, твердый углерод и углеводородные горючие газы.
ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ пиролиза цельных покрышек, известный на предшествующем уровне техники, осуществляется путем термообработки косвенным нагревом и значительной газонепроницаемости. Газообразные продукты, выделяемые в течение нагрева, проводят и ректифицируют в совместно действующем непрерывном технологическом процессе и удаляют различные твердые вещества. Перед ее вводом в зону термической обработки каждая покрышка проходит через масляную баню и в течение дальнейшего продвижения к верхней части зоны термообработки ее дренируют, сушат и нагревают. Недостатками этого способа является то, что часть масла в бане захватывается каждой следующей покрышкой, не полностью дренируется (стекает) и проникает в зону термической обработки с остатками масла, что ведет к дополнительным энергозатратам также для пиролиза масла. Фактически отсутствует подогрев покрышек, поскольку тепло используется для нагрева масляной пленки, которая покрывает покрышки. Нет гарантии того, что в результате прохождения покрышек через масляную баню не возникнет дополнительного потока кислорода, который абсолютно нежелателен, поскольку он создает помехи течению технологического процесса [1].
Аппаратные средства для пиролиза цельных покрышек, также известные на предшествующем уровне техники, содержат вертикальный цилиндрический реактор с нагревательной системой сгорания и подающей транспортной системой, позиционируемой горизонтально в верхнем уровне реактора. Под реактором имеется выходная транспортная система. Имеются трубопроводы в верхней части реактора, соединенные с ее внутренней камерой для отведения выделяемых газообразных продуктов, причем они дополнительно обрабатываются в системе отделения конденсата, соединенной с аппаратными средствами. Система сгорания содержит камеру сгорания, охватывает всю высоту реактора и имеет горелки, размещенные симметрично вокруг реактора в нижней части камеры сгорания. В верхней части камеры сгорания имеется круглый канал, отводящий отходящие газы. Подающую транспортную систему получают из монтируемых впоследствии подающего роликового конвейера и камер. Имеются три камеры, которые разделены клапанами с верхним расположением и обеспечены двумя газовыми трубами для подачи части отходящих газов из камеры сгорания и для подачи инертного газа. Третья камера расположена над реактором и покрывает его крышку. Приемная камера и форкамера обеспечены пневматическими цилиндрами для продвижения покрышки. Выпускная конвейерная система содержит пары водоохлаждаемых штоков, защищенных кожухом, соединенных с верхней частью нижней части реактора. Нижняя часть кожуха погружена в резервуар с водой, где выпускной конвейер размещен с краями, поднятыми над уровнем воды. Недостатком этих аппаратных средств для пиролиза цельных покрышек является то, что подающая транспортная система имеет три камеры, причем приемная камера отделена другими двумя камерами рядом только клапанами с верхним расположением, что существенно уменьшает тепловой коэффициент полезного действия аппаратных средств. Существенная проблема с клапанами с верхним расположением заключается в ненадежном закрывании и газонепроницаемости камер, а также в невозможности уменьшения в них давления. Другая проблема клапанов с верхним расположением заключается также в возможности просачивания кислорода в реактор, что является совершенно нежелательным. Одним из наиболее важных условий проведения технологического процесса пиролиза является тепловая деструкция органических веществ, в которой сложные углеводороды должны быть разложены на простые в отсутствие кислорода для предотвращения их возгорания.
В то же самое время колпак реактора и стенки третьей камеры не являются термически изолированными, что ведет к значительному падению теплового коэффициента полезного действия оборудования. Транспортировка твердых продуктов реверсивным конвейером в ванне водяного предохранительного затвора конвейерной транспортной системы является источником технологических проблем в течение работы оборудования [2].
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является создание способа и оборудования для пиролиза цельных покрышек благодаря достижению более высокого теплового коэффициента полезного действия и высокой надежности, гарантируя, что кислород не должен проникать в реактор оборудования и особенно в область термической обработки при косвенном нагреве.
Задача решена с помощью способа пиролиза цельных покрышек, реализуемого посредством термообработки косвенным нагревом и существенной газонепроницаемости. Газообразные углеводороды, выделяемые в течение нагрева, транспортируются и ректифицируются в непрерывном совместно действующем технологическом процессе, который имеет место в установке сепарации конденсата с выгрузкой твердых компонентов. Перед подачей в область термической обработки каждая покрышка подвергается предварительному нагреву и в соответствии с настоящим изобретением отдельное пространство детерминируется для ее предварительного нагрева отдельно от области термической обработки и окружающей среды, это пространство подвергается вакуумной обработке и заполняется инертным газом.
Другой особенностью является то, что при применении способа пиролиза цельных покрышек предварительный нагрев каждой покрышки осуществляется непосредственно из области термической обработки.
Предлагается, что при применении способа пиролиза цельных покрышек покрышки должны оставаться в области предварительного нагрева в течение периода времени, составляющего 15-60 секунд.
Эта задача решается с помощью оборудования для пиролиза цельных покрышек, содержащего вертикально позиционируемый цилиндрический реактор, обогреваемый системой сгорания. Горизонтально в верхнем уровне реактора размещена подающая конвейерная система. Под реактором имеется выпускная конвейерная система. В верхней части реактора имеются трубопроводы, соединенные с его внутренней частью, предназначенные для выпуска газообразных продуктов, выделяемых в реакторе. Эти газообразные продукты подводятся к установке сепарации конденсата, соединенной с аппаратным оборудованием. Система сгорания содержит камеру сгорания, которая охватывает реактор вдоль всей его высоты, и горелки, симметрично размещенные в нижней части камеры сгорания. В верхней части камеры сгорания имеется трубопровод, предназначенный для выпуска выхлопных газов. Последовательно установленные подающий роликовый конвейер и камеры образуют подающую конвейерную систему. В соответствии с настоящим изобретением имеются две камеры. Первая камера является горизонтально ориентированной открытой приемной камерой, соединенной с подающим роликовым конвейером, а вторая камера также является горизонтальной частично покрывающей реактор и герметично закрывающейся форкамерой. Между обеими камерами имеется вертикальный клапан с механизмами подъема и герметичного уплотнения. Стенки форкамеры в первой секции, размещенные поверх цилиндрического реактора, являются двойными и водоохлаждаемыми. Они имеют горизонтальный канал для вакуумной обработки и вход для подачи инертного газа. Внутренняя поверхность форкамеры покрыта искрозащитным материалом. Выпускная конвейерная система состоит из ленточных конвейеров, причем один из них является горизонтальным реверсивным конвейером (25), а другие два являются левым (26) и правым (27) наклонными выпускными конвейерами.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления герметично закрываемая форкамера имеет две секции, причем первая секция расположена непосредственно над цилиндрическим реактором, покрывая весь его колпак, плотно соединяясь ее нижней частью с реактором, а вторая камера соединена с приемной камерой и является ее продолжением. На входе второй секции форкамеры имеется вертикальный клапан, обеспеченный вертикальными пневматическими цилиндрами для открывания и горизонтальными пневматическими цилиндрами для герметичного уплотнения.
Рекомендуется обеспечивать герметичный вертикальный закрывающий клапан пары пневматических цилиндров для открывания и две пары горизонтальных пневматический цилиндров для герметичного уплотнения.
Кроме того, толкательные пневматические цилиндры предусмотрены для подачи цельных покрышек из приемной камеры к форкамере и из форкамеры к реактору.
Предпочтительно приемная камера должна иметь один первый толкательный пневматический цилиндр, установленный на внешней стороне приемной камеры между направляющими, ориентированными перпендикулярно направлению, по которому следуют подаваемые покрышки.
Форкамера предпочтительно должна иметь также пару внешних вторых подающих пневматических цилиндров с толкающим штоком, размещенным между ними и соединенным с ними для толкания следующей покрышки, причем толкающий шток герметично уплотнен к соответствующей стенке форкамеры.
Рекомендуется, чтобы внутренняя поверхность форкамеры обязательно была покрыта искрозащитным материалом для обеспечения надежного технологического процесса.
Также рекомендуется, чтобы колпак реактора, расположенный в секции с водоохлаждаемыми стенками форкамеры, был соединен с подъемником, установленным между двумя третьими подъемными пневматическими цилиндрами, вертикально соединенными с внешней верхней частью форкамеры поверх цилиндрического реактора.
Также удобно, чтобы трубопроводы для газообразных продуктов, получаемых в цилиндрическом реакторе, были горизонтальными, радиально расположенными каналами.
Помимо этого, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения подающий роликовый конвейер должен состоять из двух частей, причем одна часть является свободной для вращения, а другая часть является принудительно приводимой в движение.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления подающая транспортная система образована, по меньшей мере, одной парой водоохлаждаемых роликов с тремя ленточными конвейерами, расположенными внизу. Пара роликов герметично уплотнена в кожухе под реактором, причем верхняя часть кожуха соединена с дном реактора, который открыт, и нижняя часть кожуха размещена в резервуаре с водой. Таким образом, для цилиндрического реактора образован гидротехнический затвор противодавления, и цилиндрический реактор экологически изолирован снизу.
Также рекомендуется, чтобы горелки в камере сгорания системы сгорания были размещены тангенциально.
Способ пиролиза цельных покрышек гарантирует отсутствие кислорода в реакторе благодаря тому факту, что перед подачей покрышек в реактор они подвергаются вакуумной обработке в отдельном пространстве, которое с соответствующей покрышкой заполняют инертным газом.
С помощью оборудования для пиролиза цельных покрышек обеспечивается получение интегральной технологической структуры, в которой число камер подающей системы уменьшено до двух, с увеличенным тепловым коэффициентом полезного действия благодаря тепловой изоляции колпака реактора. Остаточное тепло в герметично закрываемой форкамере используют для предварительного нагрева следующих покрышек. Надежное и герметичное уплотнение форкамеры гарантирует то, что кислород не будет проникать в реактор. Дополнительным преимуществом оборудования является использование искрозащитного материала для внешней изоляции форкамеры. В то же самое время использование трех независимых ленточных конвейеров в транспортной системе твердых выбросов обеспечивает технологическое удобство и увеличивает надежность оборудования.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 - поперечный разрез оборудования для пиролиза цельных покрышек;
Фиг.2 - вид сверху подающей конвейерной системы;
Фиг.3 - вид спереди по стрелке А, показанной на фиг.2, иллюстрирующей подающую конвейерную систему.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ пиролиза цельных покрышек осуществляют посредством термической обработки путем косвенного нагрева при существенной газонепроницаемости. Выделяемые газообразные углеводороды переносятся к установке сепарации конденсата, соединенной с оборудованием, где они ректифицируются в непрерывном совместно действующем технологическом процессе. Отделенные твердые компоненты удаляются и каждую покрышку нагревают перед ее поступлением в область термической обработки. Перед предварительным нагревом следующей покрышки пространство, где она должна продвигаться, подвергают вакуумной обработке и заполняют инертным газом. Это пространство отделено от области термической обработки. Предварительный нагрев каждой следующей покрышки осуществляют непосредственно из области термической обработки в течение 15-60 секунд в зависимости от производительности промышленного технологического процесса.
Оборудование для пиролиза цельных покрышек, соответствующие настоящему изобретению, содержат вертикально позиционируемый цилиндрический реактор 1, предусмотренный с системой сгорания для нагрева, состоящей из камеры сгорания 2, которая охватывает реактор 1 вдоль его высоты, и горелки 3, симметрично окружающей реактор 1 в нижней части камеры 2 сгорания. Они являются устройствами известного типа и могут иметь индивидуальную регулировку. Кроме того, горелки 3 тангенциально расположены вокруг цилиндрического реактора 1. Горизонтальные радиально размещенные каналы 4 расположены в верхней части цилиндрического реактора 1, причем трубопроводы 4 соединены с внутренним пространством реактора для транспортировки газообразных продуктов к совместно действующей установке сепарации конденсата (не показанной на прилагаемых чертежах). Горизонтально в верхнем уровне цилиндрического реактора 1 расположена подающая конвейерная система, содержащая подающий роликовый конвейер 5, который имеет секции свободного вращения и принудительно приводимые в движение секции, и две камеры. Первая камера является горизонтально ориентированной открытой приемной камерой 6, которая является продолжением подающего роликового конвейера 5. Вторая камера является форкамерой 7 и также является горизонтальной как продолжение приемной камеры 6. Форкамера 7 закрыта герметично с помощью средств вертикального клапана 8, делящего обе камеры 6 и 7. Форкамера 7 имеет первую секцию 9, расположенную непосредственно над цилиндрическим реактором 1. Первая секция 9 охватывает колпак 10 цилиндрического реактора 1 ее верхней частью, а ее нижней частью герметично соединена с цилиндрическим реактором 1. Форкамера 7 имеет также вторую секцию 11, которая соединена с приемной камерой 6 и является ее продолжением. На входе форкамеры 7 смонтирован герметически закрывающий вертикальный клапан 8. Для надежной работы вертикального клапана 8 предусмотрены пара вертикальных пневматических цилиндров 12 для открывания и две пары горизонтальных пневматических цилиндров 13 для газонепроницаемого уплотнения. Стенки форкамеры 7 в первой секции 9, смонтированной поверх цилиндрического реактора 1, являются двойными и водоохлаждаемыми, они имеют горизонтальные каналы 14 и входы 15 для вакуумной обработки и для подачи инертного газа после разрешения входа следующей покрышки в форкамеру 7, соответственно. Первые толкательные пневматические цилиндры 16 предусмотрены для подачи цельных покрышек к приемной камере 6 и форкамере 7. Первый толкательный пневматический цилиндр 16 установлен на внешней стороне приемной камеры 6 между направляющими 17. Толкательный цилиндр 16 и направляющие 17 перпендикулярны направлению следования покрышек в течение их транспортировки подающим роликовым конвейером 5. Форкамера 7 имеет две внешние пары вторых подающих пневматических цилиндров 18 с толкающим штоком 19, размещенным между ними и соединенным с ними, причем толкающий шток 19 герметично уплотнен к соответствующей стенке форкамеры 7. Внутренние стенки форкамеры 7 покрыты искрозащитным материалом. Колпак 10 цилиндрического реактора 1, расположенный в первой секции 9 с водоохлаждаемыми стенками форкамеры 7, соединен с подъемником 20, установленным между двумя третьими подъемными пневматическими цилиндрами 21, соединенными вне форкамеры 7 вертикально поверх цилиндрического реактора 1. Оборудование имеет также конвейерную транспортную систему, состоящую, по меньшей мере, из одной пары водоохлаждаемых роликов 22 с тремя ленточными конвейерами, расположенными внизу. Пара водоохлаждаемых роликов 22 герметично уплотнена в кожухе 23, соединенном с цилиндрическим реактором 1 и под цилиндрическим реактором 1, который открыт, а нижняя часть кожуха 23 размещена в резервуаре 24 с водой. Таким образом, образован гидротехнический затвор противодавления реакционного пространства цилиндрического реактора 1. Один из ленточных конвейеров является горизонтальным реверсивным конвейером 25, а другие два являются левым 26 и правым 27 наклонными выпускными конвейерами, соответственно. Они предусмотрены, соответственно, для транспортировки цельных покрышек в начале технологического процесса до тех пор, пока не начнется регулярная технологическая операция в реакционном пространстве, и для выгрузки твердых веществ - углерода и стальной проволоки - в течение регулярной технологической операции.
ПРИМЕНЕНИЕ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Оборудование для пиролиза цельных покрышек работает следующим образом.
Цилиндрический реактор 1 нагревается системой сгорания, соответственно, посредством тангенциально позиционируемых горелок 3 камеры 2 сгорания. Одновременно подающий роликовый конвейер 5 подает следующую цельную покрышку к приемной камере 6. В течение этого интервала времени приемная камера 6 отделена от форкамеры 7 вертикальным клапаном 8. В этот текущий момент две пары горизонтальных пневматических цилиндров 13 герметично закрывают вертикальный клапан 8. Колпак 10 цилиндрического реактора 1 также закрыт. Вертикальный клапан 8 поднимается с помощью пары вертикальных пневматических цилиндров 12, тогда как действие двух пар горизонтальных пневматических цилиндров останавливается. Следующая покрышка подается ко второй секции 11 форкамеры 7 с помощью первого толкательного пневматического цилиндра 16. Он установлен на внешней стороне приемной камеры 6 между направляющими 17. После прохождения следующей покрышки через область вертикального клапана 8 он герметично закрывается посредством горизонтальных пневматических цилиндров 13, тогда как пара вертикальных пневматических цилиндров 12 освобождает вертикальный клапан 8. После этого форкамера 7 подвергается вакуумной обработке через горизонтальный канал 14, и инертный газ подается в нее через горизонтальный вход 15. Следующая покрышка остается в течение 15-60 секунд (в зависимости от производительности технологического процесса) в форкамере 7, в это время она поглощает остаточное тепло от предшествующего цикла. После этого колпак 10 цилиндрического реактора 1 поднимается с помощью внешне установленного подъемника 20, соединенного с колпаком 10, и продвигается вперед с помощью двух третьих подъемных пневматических цилиндров 21. Покрышка получает новую порцию тепла и одновременно приводится в движение к отверстию цилиндрического реактора 1 парой вторых подающих пневматических цилиндров 18 и толкающим штоком 19, соединенным с ними. Технологический процесс осуществляется с непрерывной подачей цельных покрышек с заданной скоростью и с постоянным освобождением газообразных углеводородов, направляемых через горизонтальные радиально расположенные каналы 4 к установке сепарации конденсата, соединенной с оборудованием и работающей с ними как единый блок. Этот блок традиционно содержит центробежный циклон для улавливания пыли и сепарации тяжелых жидких фракций, уловитель для зачистки и орошения для последующей сепарации тяжелой и плавучей фракций, а также трубчатый водоохладитель для легких фракций, все эти компоненты не показаны на чертежах. После освобождения газообразных продуктов через нижнее отверстие цилиндрического реактора 1 твердые компоненты - углерод и стальная проволока - транспортируются парой водоохлаждаемых роликов 22 через кожух 23 в резервуар 24 с водой, падают на горизонтальный реверсивный конвейер 25 и с помощью правого наклонного выпускного конвейера 27 выгружаются на аппаратные средства для дальнейшей обработки. Другой наклонный выпускной конвейер 26 предусмотрен в начале пиролиза, когда покрышки проходят целиком через цилиндрический реактор 1 до тех пор, пока область термической обработки не входит в регулярный температурный цикл для осуществления непрерывного пиролиза.
Источники информации
1. Заявка на патент Германии №2404800.
2. Европейская патентная заявка №03472003.
Реферат
Способ и оборудование предназначены для применения в химической промышленности для деструкции твердых веществ, содержащих углерод и углеводороды. Способ пиролиза цельных покрышек осуществляется термической обработкой путем косвенного нагрева при существенной газонепроницаемости, причем выделяемые газообразные углеводороды переносятся к действующей совместно установке сепарации конденсата, соединенной с оборудованием, где они ректифицируются в непрерывном действующем совместно технологическом процессе, отделенные твердые компоненты удаляются, а каждая покрышка подвергается предварительному нагреву перед поступлением в область термической обработки, причем перед предварительным нагревом пространство, которое занимает следующая покрышка, подвергается вакуумной обработке и заполняется инертным газом, причем это пространство отделено от области термической обработки и окружающей среды. Оборудование для пиролиза цельных покрышек содержит вертикально позиционируемый цилиндрический реактор (1), обеспеченный системой сгорания для нагрева, с горизонтальной подающей конвейерной системой в верхнем уровне реактора, и расположенную внизу выпускную конвейерную систему, с трубопроводами, предусмотренными в верхней части реактора, соединенными с его внутренним пространством и предназначенными для отвода газообразных продуктов, выделяемых в реакторе, причем система сгорания состоит из камеры (2) сгорания, которая охватывает реактор (1) вдоль его высоты, и горелок (3), симметрично окружающих реактор (1) в нижней части камеры (2) сгорания, и трубопровод, предусмотренный в верхней части камеры сгорания для о
