Совершенствование методов переработки автомобильных шин

Эффективный отбор и возврат  тепла в реактор от отходящих  дымовых газов достигается также  благодаря спиральной конструкции  дымохода, что в сочетании с  конической формой направляющей печи реактора обеспечивает равномерный  всесторонний подвод тепла к шинам  и не требует их предварительного измельчения. Такое конструктивное выполнение реактора существенно снижает  энергетические затраты на предварительную  подготовку шин и экономит энергоресурсы  за счет рекуперации тепла.

Применение водяного затвора в  шлюзовой камере выгрузки твердого углеродистого  остатка, помимо герметизации рабочей  зоны реактора, исключает загрязнение  рабочей атмосферы цеха частицами  мелкодисперсной сажи, которая улавливается водой в шлюзовой камере. Такое  конструктивное решение устройства для реализации способа улучшает гигиену труда и повышает экологическую  безопасность ведения процесса.

На подготовительном участке 1 шины 2 сортируют по типоразмерам и рассекают  по схеме, как показано на фиг.2. Далее  шины 2 захватывают погрузчиком (на чертеже не показано) и, ориентируя сечением разреза “С” “вверх”, подают в шлюзовую камеру загрузки 6, где вальцами 11, на входе в водяной  затвор 8, выдавливают воздух из полости (31) шины 2 и укладывают на цепной транспортер 9. Затем их крюками захвата 10 подают в реактор 3, при этом на выходе из водяного затвора 8, шины 2 пропускают через  вальцы 11 и выдавливают из полости 31 воду через сечение “С”, которое  теперь сориентировано “вниз”. В верхней  части рабочей зоны реактора 3 шины 2 нанизывают на коническую направляющую корпуса печи 24. В результате соответствующего выбора угла конической направляющей печи 24 и размягчения резины под действием высокой температуры, шины 2 деформируются, раскрываются по сечению “С” и под действием собственного веса постепенно продвигаются по рабочей зоне реактора 3 сверху вниз. Высота реактора 3 и скорость продвижения шин 2 в нем выбраны из расчета времени, достаточного для полного разложения резины, которое в среднем составляет 2,5-3 часа. В основании конической направляющей печи 24, в зоне инфракрасного излучателя 29, нагреваемого горелками 30, шины 2 уже в виде углеродистой фазы 16 (твердого остатка с включением металла) полностью распрямляются в ленту и поступают в шлюзовую камеру разгрузки 7. Далее углеродистая фаза 16 через водяной затвор 8 попадает на ленточный транспортер 12, по которому ее подают к магнитному сепаратору 13, где освобождают от металлических включений 14 и затем складируют в бункере 15. После размещения шин 2 в реакторе 3 вытяжным вентилятором 18 создают разрежение (отрицательное давление в интервале 0,01-0,1 атм), а затем осуществляют разделение продуктов деструкции на углеродистую, жидкую и парогазовую фазы, при этом последнюю удаляют под действием разрежения через патрон каталитического крекинга и направляют в конденсатор 17. Парогазовую фазу очищают от мелкодисперсной сажи и проводят каталитический крекинг содержащейся в ней органики. Сконденсированная жидкая фаза из конденсатора 17 поступает в емкость-отстойник 19, где жидкие углеводороды отделяют от воды. По трубопроводу 23 через кран 20 воду сливают в водяной затвор 8 шлюзовой камеры разгрузки 7. Часть углеводородной составляющей жидкой фазы (в количестве 25-30%) из емкости-отстойника 19 направляют в промежуточную емкость 22 и далее на сжигание в горелки 30 печи 24. Остальные 70-75% жидкой фазы, как готовое топливо из емкости-отстойника 19, направляют на слив (по стрелке “А”) в хранилище (на чертеже не показано).

Не конденсируемую газовую фазу из конденсатора 17 вытяжным вентилятором 18 направляют в горелки 30 для сжигания в печи 24 и поддержания процесса пиролиза в реакторе 3. Продукты сгорания по дымоходу 26 печи 24 и спиральному дымоходу 27, между теплоизоляционной стенкой 4 и внешней поверхностью реактора 3, удаляют через дымовую трубу 28 в атмосферу.

Процесс деструкции изношенных шин  характеризуется следующими параметрами.

Масса, кг/час:

– Твердая углеродистая фаза - 900

– Газообразные продукты - 600

– Металлокорд (5% от веса) - 75

Температура, °С:

– парогазовая смесь - (350-450);

– теплопроводность пара, Вт/(м·К) - 67,3·10" 3

Полученные продукты переработки  изношенных шин усредненно имеют следующие параметр:

Наименование Параметр

1. Твердая фаза:

– Плотность, кг/м ³ 1780

– Зольность, % 5,2

– Содержание серы, % 0,31

– Теплота сгорания, кДж/кг (ккал/кг) 35970 (8600)

2. Жидкая фаза:

– Плотность при 20°С, кг/м3 920

– Зольность, % Отсутствует

– Массовая доля серы, % 0,83

– Температура вспышки, °С 51 (в закрытом тигле); 96(в открытом тигле)

– Теплота сгорания низшая, кДж/кг 41500 (9875)

(ккал/кг)

По своим характеристикам жидкая фаза соответствуют мазуту марки     М-40, твердая углеродистая фаза представляет собой аналог углеродного адсорбента, а металлические включения - легированный стальной лом.

 

3.3. Непрерывный способ сжигания  шин пиролизом

 

Задачей разрабатываемого способа и устройства является устранение отмеченных недостатков известных способа и устройства для переработки резиновых отходов.

Целью является повышение производительности и снижение энергоемкости процесса переработки изношенных шин.

 

3.3.1 Механическая обработка шин

 

Степень механической подготовки шин к сжиганию в различных разработках варьируется  от полного исключения этой технологической  операции, до измельчения вместе с  кордом на мелкие элементы. Исходя из этого, считаем наиболее приемлемую схему  механической подготовки шин к сжиганию пиролизом, которая предполагает при  разделке шин изготавливать компактные конструктивы, находящие применение как товары народного потребления.

Перед первой стадией измельчения на поверхность шины наносят сетку параллельных надрезов в вертикальной и горизонтальной плоскостях с расстоянием между ними и глубиной равной размеру резиновой крошки. При этом первую стадию измельчения производят снятием механическим путем части вулканизированного слоя при сохранении формы шины. Перед второй стадией измельчения производят разметку поверхности шины на заготовки для изготовления изделий с последующим разделением шины на заготовки и нанесение аналогичной сетки параллельных надрезов на каждую заготовку. При этом вторую стадию измельчения осуществляют путем снятия части оставшегося вулканизированного слоя с каждой заготовки для исключения обнажения корда и сохранения прочности заготовки.

Сущность  технического решения поясняется рис.3.2, где на фиг. 1 изображена чаша; на фиг. 2 обечайка; фиг. 3 ограждающее кольцо; фиг. 4 - днище; фиг. 5 кольцо; фиг. 6 тротуарная плитка; фиг. 7 то же сечение А-А; фиг. 8 улучшенная тротуарная плитка; фиг. 9 то же сечение Б-Б; фиг. 10 строительная пластина; фиг. 11 то же сечение В-В; фиг. 12 - дистанционная прокладка; фиг. 13 стульчик. Позицией 1 на всех фигурах обозначены отделяемые изделия; позицией 2 удаляемый с целью получения резиновой крошки вулканизированный слой резины; 3 места крепления; 4 днище бака (фиг. 1); 5 крепление днища (фиг. 4); 6 основание стульчика.  

 

  

 

 

            

 

                                        

 

Рис.8. Стадии механической обработки шин

 

 Вышедшие  из строя шины сортируют по  группам. 1 группа шины не имеющие  порывов; 2 группа шины, имеющие порывы  в одной торцевой части (поверхности); 3 группа шины, имеющие порывы  со стороны вулканизированного  слоя, с повреждением кордовой  части. 

 Сортировка  на группы необходима для того, чтобы определить какую шину  можно использовать под ту  или иную заготовку (конструкцию).

 После  сортировки шин осуществляют  первичное снятие вулканизированного  слоя резины до сохранения  первоначальной формы шины. Для  того чтобы резиновую крошку  получать запрограммированного (заданного)  размера, вулканизированную поверхность  шины механическим путем покрывают  сеткой параллельных надрезов  в вертикальной и горизонтальной  плоскостях, с расстоянием между  параллельными надрезами равным  заданному размеру крошки. Глубина  надреза также равна необходимому  размеру резиновой крошки по  толщине. Снятие вулканизированного  слоя с нанесенными надрезами  осуществляются механическим путем,  одной из возможных операций: строганием, точением, фрезерованием  и т.д. Для нанесения надрезов  режущий  инструмент размещается в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Система надрезов обеспечивает каждому элементу резиновой крошки с заданными размерами свободную поверхность с пяти сторон. Поэтому отделение элемента от шины механическим путем осуществляется с меньшими энергозатратами.

После первичного снятия вулканизированного слоя с шины осуществляется, в зависимости от типа износа (то есть группы шин), разметка шин на заготовки (конструкции, элементы) для получения чаши, обечайки, ограждающего кольца, днища, кольца, тротуарной плитки, улучшенной тротуарной плитки, строительной пластины, дистанционной прокладки, стульчика.

 Размеченные  шины механическим путем расчленяют  на указанные выше заготовки.  Причем чаши могут изготавливаться  из двух групп: не имеющих  порывов, имеющих порывы в одной  торцевой части (поверхности).

1. Изготовление  чаши (фиг. 1) осуществляется путем  вырезания одной торцевой части  (поверхности) шины. (Для сведения  экспертизы. У второй группы шин  удаляется поврежденная торцевая  часть).

2. Обечайка (фиг. 2) может изготавливаться также  из двух групп шин: не имеющих  порывов и имеющих порывы в  торцевых поверхностях шины. Изготавливается  обечайка путем вырезания обеих  торцевых поверхностей шины.

3. Ограждающее  кольцо (фиг. 3) готовится из заготовки  шины со срезанными торцевыми  частями (поверхностями).

4. Днище  (фиг. 4) изготавливается путем расчленения  шины пополам в плоскости качения. 

5. Кольцо (фиг.5) изготавливается путем отделения  от торцевой части шины ребордного  кольца.

6. Тротуарная  плитка (фиг.6, 7, 8 и 9) готовится из  заготовки шины торцевой части.  Тротуарная плитка может быть  изготовлена без среза закруглений  (6 и 7), а также повышенного качества  со срезом закруглений и дополнительной  обработкой рабочей (лицевой)  поверхности (8 и 9).

7. Строительная  пластина (фиг. 10 и 11) изготавливается  из рабочей поверхности шины.

8. Дистанционная  прокладка (фиг. 12) выпускается из  заготовок торцевой поверхности  шины, а также всех отходов  шин, имеющих дефекты и которые  невозможно использовать для  изготовления других деталей. 

9. Стульчик (фиг.13) может изготавливаться из  шин любой группы. При этом  шина разрезается пополам, затем  каждая из половин размечается  на сегменты без повреждений.  Закрепленный на деревянном, металлическом  или другом основании 6 стульчик  устанавливается в местах отдыха  на дачном участке и т.д. 

 Получив  путем расчленения шин заготовки  для вышеперечисленных изделий,  их обрабатывают до необходимых  размеров путем дальнейшего (вторичного) снятия вулканизированного слоя  механическим путем. Для этого  на вулканизированный слой (поверхность)  заготовок наносится сетка надрезов. После этого механическим путем  с вулканизированного слоя заготовок  отделяется резиновая крошка  с заданными размерами. При  вторичном снятии вулканизированного  слоя сохраняют корд и предохранительный  слой резины, что обеспечивает  прочность (жесткость) и долговечность  изделия. За счет снятия вулканизированного  слоя заготовка доводится до  заданных размеров и значительно  уменьшается по массе. Для получения  товарного вида рабочая (лицевая)  поверхность деталей может быть  обработана наждачным камнем  или фигурным режущим инструментом.

 

3.3.2 Непрерывный способ пиролизного сжигания автомобильных шин

 

Обзор показал, что наиболее распространенным методом  переработки шин является сжигание. Однако, сжигают шины по-разному, в  различных конструкциях печей  и  аппаратах и, как правило, сжигают  все. На наш взгляд, следует сжигать  только то, что не может быть полезно  использовано в виде компактного  конструктива.

Степень механической подготовки шин к сжиганию в различных разработках варьируется  от полного исключения этой технологической  операции, до измельчения вместе с  кордом на мелкие элементы. Исходя из этого, считаем наиболее приемлемую схему  механической подготовки шин к сжиганию пиролизом, которая предполагает при  разделке шин изготавливать компактные конструктивы, находящие применение как товары народного потребления.

Способ  относится к технологии переработки промышленных и бытовых отходов резины и может быть использовано в топливно-энергетическом комплексе, в резиновой промышленности и на предприятиях по переработке автомобильных шин.

Принцип работы установки заключается  в высокотемпературном разложении резинотехнических отходов с ограниченным доступом воздуха: Пиролизе.

На подготовительном этапе шины проходят сортировку. Затем  путем механического сечения  шины разрезают вдоль, после чего их отправляют на специальное мощное выпуклое основание, оборудованное  тепло-электронагревателем (ТЭНом) (температура  которого +150 … +200 ºС) для подогрева  с дальнейшей высечкой металлокорда с помощью специального оборудования – пресса (рис.9).

Рис.9. Высечка металлокорда

 

Следующий этап (рис.10) переработки изношенных шин заключается в измельчении (дроблении) на куски. Остатки шин, в том числе шины с браком подают на разделочный стол, где они проходят стадию  дробления. Максимальный размер кусков не должен превышать 100 мм. Измельченные шины по транспортерной ленте 5 подаются в бункер загрузки 6, днище которого снабжено задвижками (на рис.11 не показано) для регулировки наполняемости шнекового транспортера 4.

Рис.10. Устройство для дробления шин на куски.

Шнек 4 приводится в движение электроприводом, состоящим  из двигателя 1, муфты 2 и редуктора 3.  Резиновые куски по шнековому  транспортеру направляются в печь 9, где происходит пиролиз при косвенном  нагреве от газовых горелок 8, находящихся  снаружи печи. В результате пиролиза из пиролитических масел при нагревании образуется огарок. При движении шнека огарок поступает в бункер выгрузки 15 (снабжен задвижками сверху и снизу), где надежно охлаждается холодильниками 11 до 60 ºС для предотвращения образования диоксинов и фуранов, для обеспечения экологичности и безопасности.