Способ и устройство для пиролиза автомобильных шин

010521 Область техники Изобретение относится к способу пиролиза старых автомобильных шин и устройству для его осуществления, а также может найти применение при переработке шин для производства тепловой энергии,сажи и минерального масла. Полученная сажа может быть использована при производстве каучуковых изделий, а минеральное масло в качестве горючего или пластификатора - при производстве таких изделий. Предшествующий уровень техники Из заявки GB 2303859 от 05.03.1997 известен способ пиролиза автомобильных шин, целых или отдельных кусков, при котором шины нагревают непрямым нагревом до температуры 200-1000C, предпочтительно 300-800C в пиролизаторе, представляющем собой горизонтальный канал, при этом шины подают в него на подвижных тележках. При нагревании шины подвергаются пиролизу, при котором образуются пиролизный газ, пары минеральных масел, выбрасываемые пиролизным газом, и твердый углерод. Этот процесс протекает в три стадии: нагревание шин, пиролиз и охлаждение полученного твердого углерода. Нагревание осуществляют непрямым нагревом посредством горячих дымовых газов, полученных при частичном сгорании пиролизного газа. Полученные пиролизные газы очищают от серных оксидов. В заявке GB 2303859 раскрыто устройство пиролиза автомобильных шин, включающее пиролизатор, выполненный в виде горизонтального канала печи, в котором расположены тележки с автомобильными шинами. Канал нагревается с внешней стороны горячим дымовым газом. С помощью подвижных перегородок пиролизатор разделен на зону нагревания и пиролиза и зону охлаждения твердого углерода. Устройство включает в себя горелки для сгорания пиролизного газа, блок для очистки дымовых газов от серных оксидов, конденсационный блок для отделения минеральных масел, а также магнитное устройство для отделения проволоки из полученных углеродных продуктов. При известных способе и устройстве нагревание шин происходит непрямым нагревом - через стену пиролизатора, при этом отработанные газы выбрасываются с высокой температурой, что приводит к повышенным энергетическим потерям. Кроме того, при нагревании стены пиролизатора до высокой температуры наступает крекинг полученных при пиролизе углеводородов, что приводит к снижению выхода и качества полученного углеродного продукта. Техническая сущность изобретения Техническая задача настоящего изобретения заключается в повышении энергетической эффективности переработки старых автомобильных шин посредством пиролиза с одновременным повышением качества полученного твердого углеродного остатка таким образом, чтобы он мог быть пригодным для использования в качестве сажи в каучуковой промышленности. Задача данного изобретения решается способом пиролиза целых автомобильных шин, при котором они нагреваются до температуры 400-950C и подвергаются пиролизу. В результате пиролиза получаются пиролизный газ и твердый углерод. Минеральные масла отделяются при охлаждении пиролизного газа. Необходимое тепло для пиролиза доставляется дымовыми газами, полученными при сгорании пиролизного газа. Полученные в процессе оксиды удаляются. Отличительная особенность способа, согласно изобретению, заключается в том, что шины нагревают непосредственно во встречном противотоке дымовыми газами до температуры 600-950C, преимущественно до 650-750C, при этом дымовые газы обогащены парами воды с концентрацией 15-40%,предпочтительно 18-30%. В результате образуются пиролизные газы, которые охлаждают до температуры 150-300C и после охлаждения разделяют на два потока. Один из потоков охлаждают дополнительно до температуры 80-100C, при этом конденсируется часть содержащихся в нем минеральных масел, затем снова смешивают с другим потоком неохлажденных пиролизных газов. Полученные газы сгорают,при этом только часть горячих дымовых газов используется для пиролиза, а остальные газы после охлаждения очищают от серных окисей и выбрасывают в атмосферу. Полученный твердый углерод представляет собой сажу, пригодную для использования в каучуковой промышленности. Устройство для осуществления способа, согласно изобретению, включает пиролизатор, выполненный в виде горизонтального печного канала, в котором установлены движущиеся тележки, нагруженные шинами, подвижные перегородки, разделяющие его на зону нагревания и пиролиза, а также зону охлаждения сажи. Устройство включает в себя также горелки для сгорания пиролизного газа, блок для очистки дымовых газов от серных оксидов и конденсационный блок для отделения минеральных масел. Отличительная особенность устройства, согласно изобретению, заключается в том, что пиролизатор термически изолирован, а тележки с вертикальной перегородкой, расположенные на рельсах, герметизированы со стенами пиролизатора. С обеих сторон пиролизатора расположены каналы для подачи и отвода газов и каналы для осуществления встречного движения газа через пиролизатор. Все каналы связаны с пиролизатором посредством равномерно распределенных отверстий в его боковых стенах. В этих стенах оформлены и глухие стены длиной не менее длины одной тележки. Зоны нагревания и пиролиза и охлаждения сажи, а также зона предварительного нагревания, зона продувания воздухом и зона для отделения сажи образованы глухими стенами и вертикальными стенами тележек. Канал для вывода охлажденных дымовых газов связан с дымовой трубой. Канал для подачи дымовых газов в зону предварительного-1 010521 нагревания связан с каналом для вывода дымовых газов из зоны охлаждения сажи. Канал для подачи дымовых газов в зону охлаждения сажи связан посредством газохода с дымовой трубой. Этот газоход связан также с водопроводом для подачи воды, заканчивающийся разбрызгивателем. Канал для пиролизных газов связан с камерой сгорания с горелкой через газопровод, в котором установлен клапан для пиролизных газов. Конденсационный блок для выделения минеральных масел, состоящий из прямого охладителя и теплообменника соединен с клапаном с обеих сторон. Камера сгорания с горелкой связана непосредственно с котлом, который, в свою очередь, связан с каналом для подачи горячих газов в пиролизатор и с контактным экономайзером. Этот экономайзер связан также с блоком для очистки дымовых газов от оксидов, который со своей стороны связан с дымовой трубой. Устройства также включает в себя увлажнитель воздуха, который связан с первым вентилятором, с камерой сгорания с горелкой и с контактным экономайзером. Зона продувания воздухом связана с каналом для подачи воздуха вторым воздушным вентилятором. Эта зона связана также с каналом для выходящего воздуха, который, в свою очередь, связан с дымовой трубой. Согласно предпочтительному варианту исполнения устройства, тележки выполнены из профилей,образующих дно и вертикальные перегородки. Перегородка выполнена соответствующей поперечному сечению пиролизатора и герметизирует его с помощью пластин, соединенных "петлями" и закрепленных с помощью стягивающих реек. Каждая тележка снабжена колесами. Горизонтальная ось нагруженных на тележку шин является преимущественно перпендикулярной оси пиролизатора. Шины удерживаются на поддонах, предпочтительно выполненных из листовой жести, которые и укреплены на опорах. Преимущества способа и устройства для пиролиза автомобильных шин состоят в том, что нагревание шин осуществляют прямым нагревом газами, что приводит к снижению расхода энергии по сравнению с нагреванием через стену. Добавление водяного пара к газовой смеси и понижение температуры в пиролизаторе многократно уменьшают вредное влияние крекинга на количество и качество полученных при пиролизе продуктов, а водяной пар регенерируется в используемом устройстве. Устройство является особенно эффективным для пиролиза целых автомобильных шин, так как на тележках для подачи шин в пиролизатор предусмотрены средства, предотвращающие разрушение шин. При размягчении шин в результате их нагревания поверхность нагревания не уменьшается. Краткое описание чертежей Изобретение далее поясняется со ссылками на приложенные чертежи, где: фиг. 1 - технологическая схема устройства, согласно варианту исполнения изобретения; фиг. 2 - вид спереди на тележку; фиг. 3 - вид сбоку на тележку. Описание предпочтительного варианта исполнения изобретения Примерное исполнение устройства для пиролиза автомобильных шин, согласно изобретению, как показано на фиг. 1, включает пиролизатор 2, который представляет собой термически изолированный горизонтальный канал печи, по которому движутся тележки 1. Устройство включает в себя также камеру сгорания 33 с горелкой, котел 34, контактный экономайзер 42, увлажнитель воздуха 40, прямой охладитель 29, теплообменник 24, вентиляторы 19, 39 и 56 и насосы 26 и 38. Тележки 1, как показано на фиг. 2 и 3, выполнены из профилей, которые образуют раму. С этой рамой соединено дно 12, выполненное из толстой листовой жести, и вертикальная перегородка 50, расположенная в задней части тележки 1. Указанная перегородка имеет форму поперечного сечения пиролизатора 2, при этом она герметизирует его с помощью пластин 51, наклоненных против движения тележки 1. Пластины 51 связаны "петлями" с тележкой 1 и закреплены с помощью стягивающих реек. Каждая тележка 1 снабжена колесами 52. Тележки нагружены автомобильными шинами 49, при этом горизонтальная ось шин 49 перпендикулярна оси пиролизатора 2. Шины 49 удерживаются на поддонах 54, выполненных из листовой жести, которые установлены на опорах 53, выполненных из труб. На боковых стенах пиролизатора 2 расположены каналы 4,5, 6, 8, 9, 10, 11 и 57 для подачи и отвода газов из него, а также каналы 7 для осуществления встречного движения газа противотоком. Каналы 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 и 57 имеют одинаковую высоту с пиролизатором 2. Они связаны с ним посредством равномерно распределенных отверстий, расположенных на стенах, общих с этими каналами. Между соседними каналами 7, а также между соседними каналами 6 и 7 и 7 и 8 стен пиролизатора 2 выполнены глухие участки стен 3. Расстояния между соседними вышеупомянутыми каналами равно 1,05 длины тележки. Посредством противоположных глухих стен 3 и вертикальных перегородок 50 образованы разделяющие зоны, которые разделяют пиролизатор 2 на пять зон: зону 58 предварительного нагревания шин,зону 59 нагревания и пиролиза,зону 60 охлаждения сажи,зону 61 продувания воздухом и зону 62 отделения сажи. Посредством глухих стен 3 и вертикальных перегородок 50 обеспечивается смена потока газа через шины 49. Зона 62 выделения сажи связана с бункером 13. В то же время этот бункер 13 связан с линией 17 вывода сажи из устройства. Канал 4 служит для отвода охлажденных дымовых газов и соединен посредством второго газохода 21 для охлажденных дымовых газов с первым газоходом 44 для охлажден-2 010521 ных дымовых газов, связанным с дымовой трубой 63. В первый газоход 44 для охлажденных дымовых газов вмонтирован клапан 45 для дымовых газов. Канал 5 служит для подачи дымовых газов в зону 58 для предварительного нагревания шин и связан с каналом 10 для отведения дымовых газов из зоны 60 охлаждения сажи посредством третьего газохода 14 для охлажденных дымовых газов. Канал 9 служит для подачи дымовых газов в зону 60 охлаждения сажи и связан посредством четвертого газохода 20 с первым газоходом 44 для охлажденных дымовых газов до места его соединения со вторым газоходом 21 для охлажденных дымовых газов. В конце четвертого газохода 20 с ним соединен водопровод 64 для подачи воды, который заканчивается разбрызгивателем. Со вторым газоходом 21 для охлажденных дымовых газов связан вентилятор 19. Канал 6 для пиролизных газов связан посредством первого газохода 28 для пиролизных газов с камерой сгорания 33 горелкой. В этом газоходе 28 перед камерой сгорания 33 с горелкой установлены клапан 31 для пиролизных газов и вентилятор 56 для пиролизных газов. Камера сгорания 33 с горелкой связана непосредственно с котлом 34. Он, в свою очередь, связан посредством газохода 36 для горячих дымовых газов с каналом 8, который служит для подачи горячих дымовых газов в пиролизатор 2. С обеих сторон клапана 31 для пиролизных газов к первому газоходу 28 пиролизных газов присоединены газоходы 65 и 32, соответственно, для подачи и отвода пиролизного газа к прямому охладителю 29. Этот охладитель 29 связан также с трубопроводом 27 для отвода масляного конденсата. Последний связан также с трубопроводами 25 и 30, соответственно, для подачи и отвода горячего и охлажденного масляного конденсата к теплообменнику 24. В трубопровод 25 для подачи горячего масляного конденсата вмонтирован насос 26. К теплообменнику 24 присоединены еще трубопроводы 22 и 23,соответственно, для подачи холодной воды и отвода горячей воды. Увлажнитель воздуха 40 соединен посредством первого воздухопровода 55 с первым вентилятором 39 для подачи воздуха. Он также соединен посредством второго воздухопровода 35 с камерой сгорания 33 с горелкой, а посредством трубопровода 37 для охлажденной циркуляционной воды, куда вмонтирован насос 38 для воды, - с контактным экономайзером 42. К этому аппарату он присоединен также посредством трубопровода 41 для нагретой воды. Контактный экономайзер 42 связан еще посредством пятого трубопровода 43 для дымовых газов с первым дымоходом 44 для выбрасывания дымовых газов перед клапаном 45 для дымовых газов. Посредством шестого дымохода 46 контактный экономайзер 42 соединен с блоком 47 для очищения дымовых газов от серных оксидов. Этот блок, в свою очередь, связан посредством седьмого дымохода 48 с первым дымоходом 44 для выбрасывания дымовых газов через дымовую трубу 63 после клапана 45 для дымовых газов, но до того места, где этот дымоход соединен с четвертым газоходом 20 для охлаждения дымовых газов. Зона 61 продувания воздухом связана посредством канала 11 для подачи воздуха со вторым воздухопроводом 16, а через него - со вторым воздушным вентилятором 15. Она связана также с каналом 57 для исходящего воздуха, который связан с третьим воздухопроводом 18. Последний связан с первым дымоходом 44 для выбрасывания дымовых газов после связывания с ним второго газохода 21 для охлаждения дымовых газов. Промышленная применимость Описанное выше устройство работает следующим образом. Предварительно вымытые и высушенные автомобильные шины 49 нагружают на тележки 1, на опоры 54. Нагруженные тележки 1 подают в пиролизатор 2, при этом герметизируют его стены посредством пластин 51. В противотоке тележкам 1 с шинами 49 в пиролизатор 2 подают дымовой газ, при этом температуру во входящем участке пиролизатора 2 поддерживают равной 650C. Дымовый газ содержит 25% водяного пара. Газы отводят из котла 34, где они предварительно охлаждены, и по газоходу 36 горячих дымовых газов через перфорированную стену канала 8 для подачи горячих газов в пиролизаторе 2 подают во встречном противотоке к шинам 49. Движение газов происходит следующим образом: через шины 49 до первого по ходу газа канала 7 для осуществления встречного движения газа. Из этого канала через шины 49 до противоположного канала 7 для осуществления поперечного движения газа и т.д. до последнего канала 7 для осуществления встречного движения газа. Из него через шины 49 газы попадают в канал 6 для пиролизных газов. При движении газов через шины 49 они охлаждаются до 170C. С этой температурой, проходя через канал 6 для пиролизных газов и через первый газоход 28 для пиролизных газов, полученные пиролизные газы покидают пиролизатор 2. Отсюда посредством клапана 31 для пиролизных газов одну часть газов направляют к прямому охладителю 29, где их охлаждают до температуры 85C циркулирующим охлажденным пиролизным маслом. При охлаждении часть захваченного газами масла конденсируется и отделяется от устройства через трубопровод 27 для отвода масляного конденсата. Обработанные газы смешивают с необработанными пиролизными газами и посредством вентилятора 56 для пиролизных газов подают в камеру сгорания 33 горелкой. Конденсированное в прямом охладителе 29 пиролизное масло подают с помощью насоса 26 для масляного конденсата в теплообменник 24, где охлаждают непрямым охлаждением водой до температуры 87C. Использованную для охлаждения воду подают в теплообменник 24 по трубопроводу 22 для подачи холодной воды и с температурой 80C выводят из него по трубопроводу 23. Полученное таким образом тепло используют в бытовых и промышленных целях. В камере сгорания 33 с горелкой пиролизные газы, смешанные с потоком предварительно нагретого воздуха, содержащего 24% водяного пара, поступающего по второму воздухопроводу 35 из увлажнителя-3 010521 40, поджигают, и они сгорают. Сгоревшие дымовые газы поступают в котел 34, где отдают свое тепло для получения водяного пара. Часть из них отделяют в котле 34 перед их окончательным охлаждением и с температурой 650C подают в пиролизатор 2 через газоход 36 для горячих дымовых газов. Остальная часть покидает котел 34 с температурой 110C и с помощью клапана 45 для дымовых газов направляется по трубопроводу 43 для дымовых газов и поступает в контактный экономайзер 42. Здесь они промываются охлажденной циркуляционной водой, при этом ее нагревают до 67C. Охлажденные в контактном экономайзере дымовые газы по шестому дымоходу 46 поступают в блок 47 для очистки дымовых газов от серных оксидов, после чего через седьмой дымоход 48 выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу 63. Нагретую в контактном экономайзере воду подают в увлажнитель воздуха 40, где нагревают в противотоке воздух, подаваемый первым вентилятором 39 для подачи воздуха, нагревая его до температуры 66,5C и увлажняя до 25%. С такой температурой и влагосодержанием нагретый воздух по второму воздухопроводу 35 подают в камеру сгорания 33 с горелкой. Подлежащие пиролизу автомобильные шины 49, нагруженные на тележки 1, подают по рельсам в первую разделяющую зону. Отсюда они проходят через зону 58 предварительного нагревания шин, где дымовые газы нагревают их до температуры 60C. Охлажденные здесь до температуры 110C дымовые газы через второй газоход 21 для охлажденных дымовых газов отправляются в дымовую трубу 63. Зона 58 предварительного нагревания шин отделяется от зоны 59 нагревания и пиролиза с помощью второй разделяющей зоны между противоположными перегородками 3. При обработке горячими дымовыми газами, которые в ходе процесса превращаются в пиролизные газы, автомобильные шины подвергаются пиролизу. Полученные при этом пары жидких пиролизных продуктов и пиролизных газов смешиваются с дымовыми газами и отводятся как пиролизные газы через канал 6 для пиролизных газов. На тележках 1 остаются корд от автомобильных шин и содержащиеся в них добавленные при его производстве сажа и другие наполнители. При высокой температуре подаваемых дымовых газов и благодаря их высокому влагосодержанию сажа облагораживается и становится годной для употребления в каучуковой промышленности - для вторичного использования при производстве резиновых изделий. При движении тележек 1 через пиролизатор 2 соответствующая тележка попадает в следующую разделяющую зону 3. Отсюда она проходит через зону 60 для охлаждения тележек и сажи и охлаждается до температуры 110C с помощью дымовых газов, поступающих по четвертому газоходу 20. Для ускорения охлаждения в дымовые газы разбрызгивателем из водопровода 64 впрыскивают мелко распыленную воду по газоходу 14. Эти газы, охлажденные до температуры 95C, поступают в зону 58 для предварительного нагревания шин. Затем из четвертой разделяющей зоны 3 тележки 1 переходят в зону 61 для продувания воздухом,подаваемым вторым воздушным вентилятором 15. Нагретый воздушный поток отводят в дымовую трубу 63 через третий воздухопровод 18. Охлажденные тележки 1 проходят через пятую разделяющую зону 3. Оттуда они поступают в зону 62 для отделения сажи. Здесь сажу с тележек 1 снимают и подают в бункер 13, откуда ее по линии 17 для отвода сажи выгружают из пиролизатора для отделения корда и его последующего измельчения. На тележки 1 нагружают вымытые и подсушенные шины 49 и снова подают в пиролизатор 2. При обработке 2,2 т шин получается около 770 кг сажи для вторичного использования и около 9000 кВтч теплоты в форме водяного пара. При извлечении части пиролизного масла как готового продукта количество полученной тепловой энергии соответственно снижается. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ пиролиза целых автомобильных шин, при котором их нагревают до температуры 400950C и подвергают пиролизу, в результате чего образуются пиролизный газ, пары минеральных масел,выбрасываемые с пиролизным газом, и твердый углерод, причем минеральные масла отделяют при охлаждении пиролизных газов и необходимая теплота для пиролиза обеспечивается дымовыми газами, полученными при сгорании пиролизного газа, а полученные в процессе оксиды удаляют, отличающийся тем, что шины нагревают непосредственно во встречном противотоке дымовыми газами, которые имеют первоначальную температуру 600-950C, преимущественно 650-750C и обогащены водяным паром с концентрацией 15-40%, предпочтительно 18-30%, при этом образующиеся пиролизные газы охлаждают до температуры 150-300C, а после охлаждения разделяют на два потока, один из которых охлаждают дополнительно до температуры 80-100C, при этом конденсирующиеся минеральные масла смешивают с другим потоком неохлажденных пиролизных газов и полученные газы сжигают, при этом часть горячих дымовых газов используют для пиролиза, а остальные, после охлаждения, очищают от серных оксидов и выбрасывают в атмосферу, а полученный твердый углерод представляет собой сажу, годную для использования в каучуковой промышленности. 2. Устройство для пиролиза целых автомобильных шин, включающее пиролизатор, выполненный в виде горизонтального печного канала, в котором размещены движущиеся тележки, нагруженные шинами, с подвижными перегородками, разделяющими его на зону нагревания и пиролиза, зону охлаждения сажи, при этом устройство также включает горелки для сжигания пиролизного газа, блок для очищения-4 010521 дымовых газов от серных оксидов и конденсационный блок для отделения минеральных масел, отличающееся тем, что пиролизатор 2 теплоизолирован, а тележки 1, имеющие вертикальную перегородку 50, установлены на рельсах и герметизированы со стенами пиролизатора 2, при этом с обеих сторон пиролизатора расположены каналы 4, 5, 6, 8, 9, 10, 11 и 57 для подачи и отведения газов и каналы 7 для осуществления встречного движения газов через пиролизатор 2 и все каналы связаны с пиролизатором 2 посредством равномерно распределенных отверстий в его боковых стенах, в этих стенах выполнены и глухие стены 3 длиной не менее длины одной тележки 1, а между противоположными глухими стенами 3 и вертикальными перегородками 50 образованы разделительные зоны, которые разделяют пиролизатор 2 на зону 58 предварительного нагревания, зону 59 нагревания и пиролиза, зону 60 охлаждения сажи, зону 61 продувания воздухом и зону 62 отделения сажи, при этом канал 4 служит для выведения охлажденных дымовых газов и связан с дымовой трубой 63; канал 5 служит для подачи дымовых газов в зону 58 и связан с каналом 10 для отведения дымовых газов из зоны 60 охлаждения сажи; канал 9 служит для подачи дымовых газов в зону 60 охлаждения сажи и связан посредством газохода с дымовой трубой 63, при этом этот газоход связан также с водопроводом 64, заканчивающимся разбрызгивателем для подачи воды, а канал 6 для пиролизных газов связан с камерой сгорания 33 с горелкой посредством газопровода, в который вмонтирован клапан 31 для пиролизных газов, с обеих сторон которого подсоединен конденсационный блок для отделения минеральных масел, состоящий из прямого охладителя 29 и теплообменника 24, а камера сгорания 33 с горелкой непосредственно связана с котлом 34, который, в свою очередь,связан с каналом 8 для подачи горячих газов в пиролизатор 2 и с контактным экономайзером 42, который также связан с блоком 47 для очищения дымовых газов от серных оксидов, который соединен с дымовой трубой 63, предусмотрен также увлажнитель воздуха 40, который связан с первым вентилятором 39, с камерой сгорания 33 с горелкой и с контактным экономайзером 42, при этом зона 61 продувания воздухом соединена посредством канала 11 дли подачи воздуха со вторым воздушным вентилятором 15, а с другой стороны эта зона соединена с каналом 57, который служит для исходящего воздуха, соединенным с дымовой трубой 63. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что тележка 1 выполнена из профилей, которые образуют раму 12 с вертикальной перегородкой 50, и соответствует поперечному сечению пиролизатора 2 пластин 51, связанных петлями и закрепленных с помощью стягивающих реек и герметизирующих вместе с перегородками отсеки пиролизатора, при этом каждая тележка 1 снабжена колесами 52, а горизонтальная ось нагруженных на тележку 1 шин 49 является, по существу, перпендикулярной оси пиролизатора 2, при этом шины 49 удерживаются на поддонах 54, выполненных из листовой жести, которые установлены на опорах 53.