Способ переработки органических материалов

(51 Э ф л С 10 6 9/00 Государсгвенный комиггг ГГГР по лелям иибрегении н огкрмгнй(72) Автор изобретения Иностранец Р,Вильям Чамберэ(54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОРГАНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ Изобретение относитс я к химической промышленности,Проблегы утилизации связаны сн а ко плен и ем бол ьши х колич ест в ис пол ьзованных автомобильных шин, прощгшленных и городских отходов и мусора,содержащего неразрушающиеся пласти -ковые материалы. Уничтожение отходов сжиганием загрязняет атмосферу.Кроме того, процесс сжигания отходов неэкономичен,Процессы превращения промышленныхотходов и городского хлама и отбросов в продукты, которые можно использовать в качестве топлива или в качестве сырья для различных промышленных процессов, более эффективны.Известны способы переработки органических материалов, например отходов пластмасс, с получением жидкихтоплив (керосина, бензина), по которым исходное сырье подвергают гидрокрекингу или термическому крекингу (1 .Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является способ переработки органических материалов, например отходов при производстве пластмасс, путем термообработкиисходного сырья, Термообработку проводят при перемешивании при 400 ОС, При этом получают жидкое топливо типа керосина. Образующиеся газ и остаток используют как топливоЮОднако такой способ недостаточно э Ффе кти вен,Целью изобретения является повышение степени конверсии исходногосырья,Поставленная цель достигается тем,что по предложенному способу переработки органических материалов ис"ходное сырье перемещают по трубе принагревании сырья до температуры терамообработки со скоростью 40-80 С/мин,а термообработку сырья проводят при427-815 фС и давлении 50-180 мм рт.ст.Согласно предложенному способумасса исходного органического материала непрерывно. перемещается по трубе,по всей длине которой поддерживаетсятемпература 427-8150 С (предпочтительно 538 ОС),практически при отсутствиивоздуха и/или кислорода, Материал помер е про хожде ни я с к воз ь цилиндрич ескую деталь вращается или перемешивается, а газы и пары удаляются из близко го к выходному концу дет али от верстия с помощью вакуума, составляющего50 - 180 мм рт.ст. (предпочтительнооколо 127 мм рт,ст.) .В качестве органических материаловмогут быть применены каменный уголь,дегтеносные пески и другие углеродистые материалы, использованные резиновые шины, промышленные и городскиеотходы, мусор,На фиг. 1 представлена схема установки для осуществления способа, нафиг. 2 - вариант изолированного нагревательного аппарата; на фиг. 3разрез А-А фиг.2,Исходное сырье иэ бункера 1 поступает в бункер 2. Под бункером 2 рас -положена воздухнепроницаемая камера3 с входом 4 для приема порции сырогоматериала в камеру и выходом 5 длявыгрузки материала из нее, Вход и выход оборудованы скользящей дверкой,открывающей и закрывающей проход посигналам от автоматического регуля Отора 6, передаваемым по импульснымлиниям 7 и 8 соответственно. Регулятор может быть электрическим, гидрав -лическим или пневматическим,Между камерой 3 и регулятором 6расположен главный продувочный трубопровод 9, который через линию 10с клапаном 11 может непосредственносоединяться с емкостью 12 для продувочного газа, например азота, 30Реакторная система включаетизолированный нагревательный аппарат13, через который проходит длиннаятруба 14 с входом 15 и выходом 16.Пелесообразно испольэовать трубу изнержавающей стали диаметром 152 мм,В аппарате 13 под трубой 14расположены источник тепла, напримергазовая горелка 17, Вытяжная труба 18расположена в верхней части аппаратаи служит для удаления из него продуктов сгорания.Через трубу 14 от входа 15 до выхода 16 проходит винтовой транспортер 19, приводимый в действие электродвигателем 20, Материал перемещаетсяпо трубе с постоянной скоростью и измельчается или перемешивается, В результате все куски или частицы материала непрерывно получают тепло отповерхности трубы 14. 50Труба 21 для выхода продукта связана с соединительной трубой 22 и свнутренним объемом трубы 14 вблизиее выходного конца. С целью обогрева эта труба расположена в нагрева -тельном аппарате.Рядом с выходом 16 трубы 14 находится воздухонепроницаемая выходнаякамера, конструкция которой аналогич,на конструкции входной камеры 3.Вход 27 и выход 28 трубы оборудованы 60скользящей дверкой. В положениеоткрыто или закрыто дверка устанавливается с помощью регулятора 6,связанного с дверками импульснымилиниями 29 и 30 соответственно. 65 Выходную камеру 26 с регулятором6 соединяет вторая продувочная линия 31, независимо соединенная семкостью 12 продувочного газа.Под выходной камерой 28 находится сборник 32 превращенного в угольвеществ а.Система удален и я образов авше гос япродукта в ключает теплообменник 33 свходом 34 и выходом 35 хладагента,Теплообменник 33 содержит линию 36для входа продукта, подсоединеннуюк трубе 22 и линию 37 для выхода продукта, подсоединенную ко входу вконденсатор 38. Выход конденсаторачерез линию 39 соединен с выходом вемкость 40, в днище которой расположена дренирующая линия 41 с клапаном 42 для селективного дренированияиз емкости жидких продуктов,Вход вакуумной системы 43 присоединен к верхней части хранилища жидкости через линию 44, выход черезлинию 45 и клапан 46 - ко входув газосборник 47, в верхней части которого ръзмещена разгрузочная линия48, оборудованная клапаном 49,К днищу газосборника 47 присоеди -нена топливная линия 50 с клапаном51, соединенная с газовой горелкой17,По описываемому способу исходныйматериал (уголь, дегтеносный песокили подобный углеродистый материал,измельченные резиновые шины, промышленные отходы из пластмасс, городской мусор их хранилища) по линии1 загружают в бункер 2,Автоматический регулятор настроентаким образом, что когда выход 5камеры 3 закрыт, вход 4 открыт и из -меренная доза исходного материалапопадает в камеру 3. Затем вход 4закрывается и во входную амеру 3по линии 9 подается доза продувочногогаза, например азота, для вытесне -ния из входной камеры воздуха,При закрытом входе 4 выход 5 изкамеры 3 открыт. Материал поступаетпо входу 15 и проталкивается черезтрубу 14 с помощью транспортера 19,Открытие и закрытие входа 4 и выхода 5 и продувка камеры 3 газомпроисходят эа относительно короткиепромежутки времени, В результатепроцесс происходит непрерывно,Превращенное в уголь вещество,оставшееся после удаления паров игазов поступает через выход 16 ввыходную камеру 26. При закрытомвыходе 28 вход 27 открыт, то позволяет дозе угля попасть в выходнуюкамеру, Затем вход 58 закрывается,а выход 28 открыв аетс я лля выгруз киугля в сборник 32, Затем выход 28закрыв аетс я, и при з а крь.тых входеи выходе в выходную камеру 26 го линии 31 подают продувс .ный . аз дл явытеснения воздуха нз 1 ой камеры.5 Ь Затем открывают вход 27 для подачив камеру б следующей дозы угля ивсе операции повторяются до выгрузкиугля в сборник 32.На фиг, 2 и 3 показана часть устройства, в котором вместо одной цилиндрической трубы 14 использованыцилиндрические детали 52 увеличенногодиаметра, расположенные на одинаковомрасстоянии и независимо одна от другойнад одной газовой горелкой 17. Каждая 1 рдеталь 52 имеет вход 53 и выход 54,В связи с. увеличенным диаметромцилиндрических деталей и необходимостью поддержания градиента примерно 6 С между наружной поверхностьютрубы и ее центром каждая цилиндри 15ческая деталь оборудована полым валом, по которому циркулируют горячиегаэы,Каждый винтовой транспортер 55имеет полый вал 56 с входным 57 и 20выходным 58 концами, Входной конец57 выходит за пределы детали 52 исоединен с полой газоплотной втулкой 59, в которой он может вращаться.Внутренняя часть втулки связана с 25трубопроводом 60, присоединеннымк насосу 61, вход которого связанс внутренней частью нагревательногоаппарата 13,Выходной конец 58 вала соединен 30с электродвигателем 20, Между электродвигателем и концом детали 52выполнено большое количество отверстий 62 для выхода горячих газов.На дырчатой концевой части вала56 установлена втулка 63, внутренняя .часть которой соединена с трубопроводом 64, связанным с отверстием65 в стенке нагревательного аппарата 13.Таким образом, горячие газы,поступающие на вход насоса 61, поступают во внутреннюю часть вала 56и передают тепло к центру массы,транспортируемой по цилиндрическойдетали 52, Выходящие иэ вала через 45отверстия 62 газы поступают затемв трубопровод 64 и возвращаются вовнутреннюю часть аппарата 13,При переработке каменного углятемпература в аппарате 13 должнасоставлять не менее 538 фС и можетбыть выше 982 фС. Вакуум в трубе 14должен составлять 50-180 мм рт.ст.Время пребывания каменного угляв трубе 14 должно быть не меньше 5515 мин.Диаметр трубы 14 и скорость перемещения через нее каменного углятранспортером 19 должны быть такими,чтобы температура обрабатываемогоугля достигла средней температурытрубы на определенном расстоянии,от конца трубы у выхода 15, Такимобразом, происходит резкое увеличение температуры угля до 538 фС за время его перемещения в трубе на этом расстоянии, что вызывает быстрый нагрев угля, который совместно с вакуумом в трубе обуславлив ает быстрое образование паров и газов из частиц угля, а вакуум заставляет1их проходить ъерез измельченную, вращающуюся массу угля до того, как они смогут повторно полимеризоваться. Небольшие количества переходных металлов э каменном угле (или другом у глистом материале), например железа, меди и никеля, или металлы трубы действуют как катализаторы. В результате полученными иэ воды в углистом материале пар восстанавливается до окиси металла и высокоактивного водорода. Водород соединяется со свободным углеродом с образованием метана и высших гомологов метана.При переработке, измельченных резиновых шин, промышленных отходов пластмасс или городского мусора температура в нагревательном аппарате 13 должна составлять не менее 510 фС, (предпочтительно выше 815 С) в зависимости от требуемого состава газа. Кроме того, вакуум в трубопроводе 14 должен составлять от 100 до 175 мм рт.ст . Диаметр трубы 14 и скорость перемещения через него материала транспортером 19 должны быть такими, чтобы температура перерабатываемого материала достигала средней температуры в трубе на определенном расстоянии от конца трубы у выхода 15.Резкое увеличение температуры сов - местно с вакуумом обуславливает быстрое образование паров и газов из исходного сырья, вакуум позволяет отвести их от иэмельчаемой, вращающейся массы до того, как они смогут повторно полимериэоваться или конденсироваться на оставшемся твердом материале .В результате переработки твердых веществ образуется уголь (угольное вещество) в виде небольших кусков либо в виде порошка, который не содер жит конденсированный углеводород и в основном состоит из высокоактивного углерода.Высокоактивный уголь может быть использован для получения газообразного метана с помощью известных способов. Полученный предложенным способом уголь имеет высокую плотность, высокую пористость и высокую активность, поэтому он может быть использован в качестве исходного материала для получения активированного угляП р и м е р 1. В качестве сырья используют уголь, имеющий следующий состав, вес.%:Влага 2Летучие 38Связанный углерод 507 8 0 5 42 59 49 3 Верхний прляет 649 С, ттемпературы прное увеличениводородов, а871 С н ачин аения масла с пПримевлияние присукислорода в рколичество поугля при 538 дел температур составкак при увеличении исходит незначитель - выхода целевых угле- диапазоне 8150 С и ся процесс крекировалучением дегтя,4Опыт иллюстрирует ствия воздуха и/или акционном аппарате на учаемых иэ каменнои 152 мм рт.ст, м к о гоетаЗола 10Сера 0,3 (переходные металлы, как часть эолы, 1,8)Тонну исходного угля перерабатывают при 538 С и 101 мм рт,ст, (в этом примере и в последующих нагрев исходного сырья до температуры термообработки проводят со скоростью 4 0 .8 0 С/ми н . ) .Выход масла составляет 158 л, угольного вещества - 1,65 т, газа - 8,2 мПолученный гаэ имеет следующий состав, об.Ъ. Н 2; СО 9; СН 4 34; СО 12; СН 6 9; СНВ 5; С 4 и выше б;. Н О 8; И/О, 13;П р и м е р 2, В качестве сырья используют американский битуминозный уголь, имеющий следующий состав,вес,В:Влага 0,1Летучие 29,0Связанный углерод бб,бЗола 4,4Сера 0,32(переходные металлы, как частьзолы, 1,3) .Тонну угля перерабатывают в реторте при 593 вС и 127 мм рт,ст, Выход масла составляет 180, угольного вещества - 0,6 т, газа - 71 м , Гаэ имеет следующий состав, об.Ъ. Н 5; СО 9; СН 4 45; СО 7; С 1 Н 6 11;СН 8 б; С 4, (и высшие) б; Н,О 4; Б/07,П р и м е р 3. Опыт иллюстрирует влняние различных температур при использовании в качестве сырья американского битуминоэного угля. Вакуум составляет 101 мм рт.ст.на и его высших гомалогов Резуль -таты опыта приведень ниже. Выходаб.В 1СОСОН О СН 4 СН СН 8 64 3 48 11 7 б 8 б 43 12 6 б 3 8 20 5 4 5 12 3 7 2 1 2 7 3 44 4 70 Е П р и м е : 5, В качестве сырья используют .егтенасные пески .Опыт -.".,водят при 538 С и 51 мм рт.ст, Из 45, 3 кг дегтенаснаго песка с выходам э расчете на танну пер рабатываемсго исходного материала, кМасло 90,6Вада 1 3,. 6Уголь 726,8ГазПолученный газ содержит, об.%И 20,0; СО 1,4; СО. 11,9;. СН 4 84 5; СНе 5 2 С 4 НО 3П р и м е р б. 45,3 кг дегтенас ного песка перерабатываюк при 538 С и вакууме 76 мм рт.ст. При этсм получают в расчете на одну танну ис хаднаго материала,. кгМасло 104,2Вада 13,6УгольГаз 46,.4 нмПолученный газ содержит,. аб,%.И. 29,4; СО 1,. 5. :СО 11,. 5; СН10,3; СН 7,0; С 1 э 65;С. Н 4При мер 7 В каче весырья ис пал ьз уют городские а= хоры, имеющи следующий химический состав, вес,%:Водород 5,5УглеродР.затКислородСераЗал,а 16,0Процесс лрсвадят при 593 С и 101 152 мм рт.ст. (В расчете на тонну и хаднаго материала получают, кг),Масла 3) 1Вада 109Угол ь 135Гаэ 226 нмТвердый остаток представляе. собой чеоный порошковый матери л, ла внешнему вид аналогичный амаа наму углероду и состоящий в аснавна 1 :.э связанного углерода и залы.Полученный газ имеет следующий состав, аб,%. Водород 20; аза; 10;метан 21; окись углеро"а 2; дн;к;". углерода б; этан 10; этилен 3;. пан и высшие углевсдарады 26.П р и м е р ы 8 и 9. Влияние температуры на процессполучения газа,7 При Компоноб.3 имер1 мер 9 10 35 15 Водород 10 12 Азот Метан Окись углерода Двуокись у глерода8 10 ЭтанЭтилен Пропан и высшиеуглеводороды 18 26 20 Примеры 10 и 11,При 538 С и вакууме 101-152 мм рт.ст, перерабатывают две смеси полипропилена и полистирола и получают следующие газовые смеси, об. Как данных 593" С мер 8) чество няться видно из приведенных ниже при изменении температуры от (пример 7), до 427 С (приили до 8150 С (пример 9) коли- получаемых газов может изме- в широких пределах: В каждом опыте получают 42,5 нмз газа (в расчете на тонну исходного материала), 7 вес.Ъ масла.П р и м е р 12. Автомобильные резиновые шины, разрезанные на куски длиной 19 мм и толщиной б мм, перерабатывают при 538 С и вакууме 101 мм рт.ст.В расчете на тонну исходного материала получают:Легкое масло 357 лГаэ 54 нмуглеподобное вещество 316 кгПри необходимости получения большего количества газа и меньшего количества масла и угля температуру поддерживают выше 5380 С .Полученный уголь представляет собой порошковый материал типа сажи с теплотворной способностью "- 10810 ккал/кг.Полученный газ имеет следующий состав, сб.В. Водород 16; азот 17; окись углерода 4; метан 20; двуокись углерода 5 этан 7; пропан и высшие углеводороды 28.Поскольку гаэ получен иэ использованных резиновых шин и содержит более 55 низкомолекулярных углеводородов,он имеет более высокую теплотворность по сравнению с природным газом.При этом получают следующие фракции масел с выходом, вес.Ъ:Нй 970 С 7,0Продукт Пример 11,4 12,2 Азот Окись угле -рода 1,0 1,3 Двуокись углерода 3,8 3,5 8,3 7,0 МетанЭтанПропанБутанВодород 9,5 9,7 33,6 10,5 39,7 50 Способ переработки органических40 материалов путем. термообработки ис-ходного сырья при перемешивании,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения степени конверсиисырья, процесс проводят при перемещении исходного сырья по трубе принагревании сырья до температуры термообработ ки со скоростью нагрева40 - 80 С/мин. и проведении термообработки при 427-815 С и давлении50-180 мм рт.ст.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Тайеяце Топоуц)1, Ргосеяясопчегя р 1 ая 11 с наяде Ыго даяо 11 пе апй кегоя 1 пе. Ре 1 го 8 ешп апйРегрос)1 егп 1 саВ 1 пегпаг,1 спа 1 1972, 12,Р 4, р. 36 - 3.2. Ргосеяя 1 пд аког цгп 1 пд ра 8 ая 11 сяжая 1 е 1 по Еце 3 чЛ с 1 ече 1 орей "Ьоо 1дар", 1972, 16, Р 190, р, 20 (прото- .Я тип) .727152 ие. 2 Фи оставитель Н, К ехред О.Легеза леваКаррект ктор Л. Утехина Шарош аказ 703/46/5 1 или ал ППП г, Уж горо Проектна я,т Тираж 545 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий 13035, Москва, л, Раушская наб д,