Способ утилизации отходов полимерных материалов

(5 Р 4 С 10 О 1/0 9 С 15 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ И кую и парообразнуюуглеродный остаток,углеродного остатка,его со смачивающей жигранул, о т л и ч а ю, что, с целью снижениясов в окружающую средвыхода углеродных граной плотности, жидкуюют путем отстаиванияводороды и смесь тяжелыхдов и воды, указаннуюэуют в качестве смачивдля гранулирования.2. Способ по п. 1,щ и й с я тем, что углы сушат при 300-450 С Фа и(57)1СП СОБ УТИЛИ ЕРИАЛОВ, зложенне ТХОДОВщий400 ОЛИМЕРНЫХ МА ермическое80 С с обрауктов и тве включаих прн ованием и дого угле ых проостатна жидрогазо тличаю- аеродные грануодного еление аждение нх, р ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) Патент франции Ркл, С 10 1 5/49, опубл ы и твердый мельчениеранулирование костью, сушкущ и й с я тем, вредных выбро, увеличенияул и их насыпФазу разделяа легкие угле-.углеводоросмесь испольающей жидкости1 12Изобретение относится к термической переработке твердых полимерныхотходов и может быть применено в нефтехимической, химической и.другихотраслях промышленности для регенерации жидких углеводородов, обычно применяемых в качестве топлива или сырьядля различных процессов, а такжетвердофазного дисперсного углеродного наполнителя из полимерных материалов и их отходов, содержащих в своемсоставе как углеводородные, так инеуглеводородные компоненты, способные при термическом разложении образовывать жидкие эмульгированные углеводородные и неуглеводородные фракции,Цель изобретения - снижение вредных выбросов в окружающую среду, увеличение выхода углеродных гранул иих насыпной плотности.Сущность протекающих в предлагаемом способе процессов сводится к следующему.В результате термического разложения полимерных отходов, содержащих хлоропреновые и нитрильныекаучуки,образуются как легкие жидкие и газообразныеуглеводородные продукты (топливо,масло), так и тяжелые эмульгированные водой углеводородные, сернистые,азотистые и кислородные соединенияи сажесмоляная суспензия. Смесь укаэанных эмульгированных соединенийи воды отделяют отстаиванием от более легких по удельному весу углеводородных продуктов. Образующийсяв результате термического разложения отходов твердый углеродный остаток после стадии его охлаждения,измельчения и сепарации представляетсобой дисперсный сажеподобный материал. При гранулировании этого про дукта с использованием в качествесмачивающей жидкости тяжелой смесиуглеводородов, воды и сажесмолянойсуспензии происходит адсорбция продуктов активной поверхности углеродных частиц. На стадии сушки углеродных гранул при 300-450 С эти продукты карбонизуются в твердую Фазучто ведет к увеличению массы и плотности углеродных гранул.На чертеже представлена установка для осуществления предлагаемого способа.Устройство содержит реактор 1 для терми .еского разложения (пиролиза) 01294полимерных отходов, топку 2 для сжигания топлива, циклон 3 для осаждения сажин холодильник-конденсатор 4,отстойник 5 жидких продуктов, шнековый транспортер 6, механическую мельницу 7, сито 8 с магнитной. решеткой,смеситель-гранулятор 9, сушилку 10,осадительную камеру 11, барабан-охладитель 12, топку 13 сушилки.10 Стрелками обозначены потоки: Р -полимерные отходы; Г - углеводородные пиролизные газы; П - пар водяной;С - измельченный углеродный материал; Ч - смесь эмульгированных тяже лых углеводородов, дисперсного углерода и воды; 0 - отходящие топочныегазы и водяные пары; В - воздух длягорения топлива; М - углеводороднаяфракция (жидкое топливо); К - кокс и 20 металлоостатки.1П р и м е р 1. В реактор подаютв качестве сырья 100 кг нарезанныхкусков изношенных покрышек, содержащих 80 мас.7. резины из синтетических каучуков и 207 капронового ивискозного кордаСырье в реакторе1 подогревают. В начале в топке 2сжигают природный газ (15 кг) и образующиеся при этом топочные газы 30 подают в реактор. Для регулированиятемпературы и улучшения теплопередачи и отпарки углеводородов вводят30 кг водяного пара. Через 2 ч сырьев реакторе подогревается до 450- з 5 500 С, при этом оно разлагается напарогазовые продукты и твердый углеродный остаток. Парогазовые продуктыпрокачивают через циклон 3, где очищают от сажи, и холодильник 4, гдео40 охлаждают до 50 С, при этом из парогазовых продуктов конденсируется жидкая фаза, которая стекает самотекомв отстойник 5. Здесь жидкую Фазуоотстаивают в течение 4 ч при 50 С, 45 при этом она разделяется за счет разности удельных весов на две фракции.Первая углеводородная фракция (болеелегкая) с удельным весом меньше единицы собирается в средней части от стойника 5, Характеристика этой фракции представлена в табл. 1. Вторая(тяжелая) фракция, представляющаясобой смесь тяжелых углеводородныхсоединений, воды и дисперсного угле рода, оседает на дно отстойника 5.Состав этой смеси представлен втабл. 2. Легкую фракцию по окончанииразделения откачивают из средней часз 120 тн отстойника 5 в количестве 44 кг и используют в качестве котельного топлива. Тяжелую смесь углеводородов и воды откачивают с нижней точки отстойника 5 в количестве 35 кг и подают в смеситель-гранулятор 9, где смешивают с измельченным углеродным остатком (сажей). Несконденсировавшиеся газы с верхней точки отстойника 5 откачивают газодувкой на сжига- О ние в топку 2 для обогрева сырья и частично в топку 13 для обогрева сушилки. При этом расход природного газа уменьшают или полностью отключают. 15Твердый остаток выгружают из нижней зоны реактора 1 в количестве 33 кг и направляют в механическую мельницу 7, где измельчают до пыле- видного (сажеподобного) состояния, 20 затем просеивают через сито 8 и магнитный сепаратор, Измельченный углеродный остаток ссыпают в смесительгранулятор 9, сюда же подают тяжелую смесь углеводородов, дисперсного 25 углерода и воды в количестве 35 кг, перемешивают, при этом образуются, сырые гранулы, которые шнековым доза- тором подают в сушилку 1 О. Последнюю обогревают топочными газами, подаваемыми из топки 13. Сушку гранулопроводят при 400 С. Ввделяющиеся при сушке водяные пары и отходящие газы и сухие гранулы направляют в осади- тельную камеру 11, где сухие гранулы оседают вниз, а отходящие газы35 сбрасываются в атмосферу. Сухие гранулы в количестве 35,5 кг после охлаждения, в барабане 12 ссыпают как готовый продукт, предназначенный40 для использования в качестве наполнителя резин и пластмасс, По окончании пиролиза анализируют получекные продукты и определяют их выход.Выход углеродных гранул, их характеристика, а также состав отходящих газов представлены в табл. 3 и 4.П р и м е р 2. Проводят опыты по пиролизу твердых полимерных отходов аналогично примеру 1, но в качестве исходного сырья взяты отходы производства резинотехнических изделий,содержащие хлоропреновые нитрильные каучуки и отходы обрезиненного капронового и вискозного корда. В дополнительных опытах варьировали температуру сушки углеродных гранул в интервале 120-500 С. Проведены также100,03,02,01,55,050,0 Смесь вулканизовали при 143 С в гечение 80 мин и полученный вулка низат испытывали стандартными методами (ГОСТ 270-.75) по основным прочностным характеристикам. В качестве контрольного продукта (базового объекта) использовали серийную сажу марки;ПГМ-ЗЗН, которая по основным показателям аналогична углеродному наполнителю, полученному предлагаемым способом. Результаты испытаний представлены в табл. 4. По полученным данным видно, что термическим разложением полимерных отходов по предлагаемому способу достигается повышенный выход углеродного гранулированного наполнителя, 34,6-35,5 кг (опыты 3, 4 и 5 в табл. 3) против 33,0 кг по способу-прототипу (опыты 1 в табл, 3). Кроме того, гранулированный продукт имеет более высокую насыпную плотность, 388-390 кг/м против 360 кг/м(те же опыты талб.З). Отходящие газы процесса сушки содержат значительно меньшее количество вредных для окружающей среды примеч э.сеи, а именно, мг/м : двуокись серы 5,8-6,4 (против 78,0), хлористый водород 6,5-6,8 (против 35,0) (те же опыты в табл, 3). Указанные результаты достигнуты за счет использования смеси эмульгированных тяжелых углеводородов и воды, загрязненной продуктами реакции (табл. 2) и являющейся отходом процесса термического разложения твердых полимерных отхолов. Применение этих отходов для целей гранулирования предотвращает сброс их в природные водоемы, Уплотнение гранул углеродного наполнителя в предлагаемом способе обеспечи 294 4контрольные опыты по способу-прото-,типу. Результаты опытов представлены в табл. 1, 2 и 3.Полученный предлагаемым способомгранулированный углеродный продукт(наполнитель) анализировали стандартными методами (ГОСТ 7885-77) и испытывали в качестве наполнителя встандартной резиновой смеси следующего состава, мас.ч.:Каучук СКИС - ЗОАРКАльтаксСераСтеаринОкись цинкаНаполнитель3 1201294 бвается за счет более высокой темпера- Предлагаемый способ термической туры их обработки на стадии. сушки, переработки полимерных отходов поэ-450 С против 120 С (табл, 3). воляет уменьшить загрязнение окружаПолученные из полимерных отходов .жид- ющей среды отходящими газами процеские углеводородные фракции (табл. 1)са тремической переработки отходов; по свойствам близки К соответствующим предотвратить сброс загрязненных нефтяным фракциям, используемым в жидких стоков в природные водоемы; качестве топлива, а гранулированный повысить выход и насыпную плотность углеродный наполнитель равнозначен гранулированного углеродного продукпо усиливающим свойствам в резине 10 та, а также расширить ассортимент серийному наполнителю - саже марки связующих материалов, применяемых ПГМ-ЗЗН (табл, 4), для гранулирования дисперсных углеродных материалов. Таблица Состав полимерных отходов, условия их пиролиза, условия разделенияжидкой фазы и характеристика полученных легких углеводородных фракций1 жидкое топливо) Опьгт" ой состав, С дельый Температура отстаи Времяотстаиванияжидкой ТемпераВид полимерных от- ходов 50 % ту с Конецкипения вания,С/см Изношенные покрышки из синтетическихкаучуков (бутадиенстирольный, бутилкаучук, иэопреновый и др.), корд текстильный и металлический 500 О, 963 218 3 43 2 Резиновые отходымз хлоропреновых и нитрильных кау 0,980 180 2 50 5 уко 3 Отходы капроновогои вискозного обрезиненного корда 500 4 51201294 Продолжение табл.1 Элементный состав, мас.% Опыт Вид полимерных отходовУглерод Водород Сера Кислороди азот всумме 10,5 0,8 2,7 86,0 2 Резиновые отходы :из хлоропреновыхи нитрильных кау- чуков 1022 Оэб ЗвО 86,2 3 Отходы капроновогои вискозного обрезиненного кордаь 10,0 0,5 2,5 Т а б л и ц а 2 Состав исходного сырья (полимерных отходов и характеристикаполучаемой тяжелой смеси углеводородных соединений и воды Сырье - полимерные отходыОпыт Содержание растворенных вводе тяжелых углеводородных Времяотстаи Темпера тура от стаива-. ния, С ий мг/л ванияжидкойфазы,ч 430 13600 Изношенные покрышки 50 Резиновые отходы из хлоропреновых инитрильных каучуков 410 50 8100 Отходы обрезиненного капронового ивискозного корда 15200 50 180 1 Изношенные покрышки из синтетических каучуков бутадиенстирольный, бутилкаучук, изопреновый и др. , ) корд текстильный и металлический и других соединенТяжелые углеводороды с удельным весом около еди- ницы Серосодержащие углеводородные соедине- ния1201294 10 Продолжение табл. 2 ырье - полимерные Содержание растворенных в воде тяжелых дельныйвес смеси,г/см углеводородных и других соединений, мг/л отходы Дисперсный твердофазный углеродсажа) 470 365 71450 1,0 1 Изношенные покрышки 2 Резиновые отходы изхлоропреновых и нитрильных каучуков 210 860 8200 1,0 3 Отходы обрезиненного капронового и вискозного корда 37000 1,0 580 ТаблицаЗ Условия сушки гранул, их выход,.плотность н состав отходящих газов процесса сушки Опыт Исходное сырье -полимерные отходы Температурасушки, С Насыпнаяплотностьгранул,кг/мз Изношенные покрышки поспособу-прототипу 20 33,0 360 Изношенные покрышки попредлагаемому способу 280 33,8 370 34,6 388 3 То же 300 450 35,5 390 500 35,5 390 Резиновые отходы из хлоропреновых и нитрильных каучуков 400 40,5 395 Отходы обрезиненного капронового и вискозногокорда 400 21,2 385 Хлорсодержащиеуглеводороды Нитро- икарбоносодер. -жащиеуглеводороды Выходсухихгранул,кг на100 кгсырья1201294 12 Продолжение табл.3 Состав отходящих газов Опыт Исходное сырье - полимерные отходы Примеси, мг/м Двуоксеры о 1 Изношенные покрышки по способу-прототипу,0 0 56 эО 131 5 2 Изношенные покрышки по предлагаемому способу,О Отходы обрезиненного капронового и вискозного 31,0 : 54,0,5 1 ко Таблиц химические свойства углеродных гранул и прочностные ли наполненного вулканизата стандартного состава Физи з Вид углеродного на нителяизико-химические свойства гранулирован ного продукта Удельная верхност еометичеся, м /гт леродные гранулы по едлагаемому способу 44 8 6 3 рийная сажа ПГ 1-3 6 Резиновые отходы из хлоропреновых и нитрил ных каучуков Абсорб ция- ди- бутилфталат мл/100 одераниеглероа,мас.1201294 14 Продолжение табл,4 Вид углеродного напол нителяПрочностные показатели вулканизата Относи- тельное Условное одерание нералььм веудлинение,7. еств, ас,7,удлинениякгс/см 154 660 31 590 30 152шеиее аСоставитель Н, СтрижоваТехред А,Бойко Корректор В.Бутяга Редактор М, Петрова Заказ 7924/22 Тираж 545 ПодписноеВНИН 1 П 1 Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5т Филиал ППИ "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Углеродные гранулы попредлагаемому способу 12,0 Серийная сажа ПГИН 04 напряжение при300 Ж Пределпрочности приразрыве,кгс/смСопр о тивление раздиру, кгс/см