Описание процесса переработки резиносодержащих отходов

Введение

 

В данном разделе необходимо затронуть основные проблемы переработки отходов, в частности, резиносодержащих отходов (РСО), представляющих собой по большей части изношенные автомобильные шины, привести описание основных методов переработки РСО с учетом их экологической безопасности и технико-экономической эффективности с указанием достоинств и недостатков. Особое внимание необходимо уделить термодеструктивной переработке РСО как наиболее перспективному и наиболее экологически чистому методу.

Описание процесса переработки резиносодержащих отходов

 

Процесс переработки РСО методом термодеструкции периодическим способом включает в себя несколько стадий:

- прием и хранение битума или гудрона при использовании его в качестве растворителя;

- термодеструкция РСО и стабилизация суспензии растворенной резины (СРР);

- нагрев высокотемпературного органического теплоносителя (ВОТ) в печи;

- очистка газовых выбросов;

- хранение товарной СРР.

СРР является основной товарной продукцией при термодеструкции изношенных шин. В качестве побочных продуктов и отходов при переработке РСО образуются углеводородный конденсат, реализуемый потребителю или используемый в качестве топлива, и металлокорд, направляемый на переработку предприятиям втормета или в дорожное строительство.

Ниже приведено краткое описание типового процесса термодеструкции РСО.

Процесс термодеструкции РСО осуществляется в реакторах при температуре 330 ºС. РСО доставляют на склад автотранспортом. На складе РСО загружают в специальные кассеты, которые затем доставляют в цех для загрузки в реакторы. Объем кассет и количество загружаемых в них РСО рассчитывается на один цикл термодеструкции. После загрузки реактор закрывается крышкой и продувается азотом с целью удаления кислорода. Затем реактор заполняется на 2/3 объема стабилизированным растворителем, в качестве которого используется битум или гудрон.

Возможно получение СРР при соотношении РСО и растворителя 1:1 (вязкая СРР), а также 1:2 или 1:3 (жидкая СРР).

Разогрев реактора до температуры термодеструкции и поддержание ее в процессе протекания термического разложения осуществляется за счет циркуляции реакционной массы насосами через выносные теплообменники, обогреваемые парами высокотемпературного органического теплоносителя (ВОТ).

Продолжительность процесса термодеструкции может составлять до четырех часов в зависимости от марки получаемой СРР. По окончании процесса СРР подается насосами в аппарат, где происходит стабилизация разогретой СРР путем отгонки летучих соединений азотом.

Загрязненный органикой азот через конденсатор, охлаждаемый промышленной водой, подается на сжигание в печь. Стабилизированная СРР насосом откачивается в промежуточную емкость, из которой насосом перекачивается на склад.

После окончания процесса и откачки СРР реактор промывается горячим растворителем, который затем откачивается в свободные реакторы для получения новой партии СРР. Далее кассеты продуваются азотом и воздухом, после чего реактор открывается. Кассеты, в которых находится металлокорд, оставшийся после термодеструкции, извлекаются из реактора и направляются на склад.

Выделившаяся в процессе термодеструкции парогазовая смесь поступает в конденсаторы, охлаждаемые воздухом и водой. Несконденсированная часть газов из конденсаторов поступает в каплеотбойник, а затем газодувкой через газгольдер непрерывно подается в печь на сжигание. Углеводородный конденсат из конденсаторов стекает в сборник, из которого насосом откачивается на склад или на сжигание в печь.

Подвод тепла к реакторам с целью проведения процесса термодеструкции при температуре 330 ºС осуществляется с помощью циркулирующего ВОТ, нагреваемого в печи. Здесь происходит испарение жидкого ВОТ, пары которого с температурой около 375 ºС поступают в выносные теплообменники к реакторам. В процессе нагрева реакционной массы пары ВОТ конденсируются и жидкий ВОТ снова подается на испарение в печь. В качестве ВОТ применяется дифенильная смесь, состоящая из 26,5 % (мас.) дифенила и 73,5 % (мас.) дифенилоксида.

В качестве топлива в печи используется природный газ и углеводородный газ, образующийся в процессе термодеструкции и нагнетаемый из газгольдера газодувкой.

В качестве дутьевого воздуха в печи используется воздух, загрязненный углеводородами.

Дымовые газы от печи подвергаются очистке от токсичных ингредиентов (оксидов углерода, азота и серы) методом абсорбции в две ступени. На первой ступени газовый поток подвергается щелочной абсорбции с использованием в качестве орошающего раствора суспензии Са(ОН)₂, в результате чего происходит улавливание оксида серы и охлаждение газовой фазы. Далее газовый поток поступает на вторую ступень абсорбции для улавливания оксида азота с использованием в качестве орошающего раствора суспензии Са(ОН)₂ с добавлением перекиси водорода. Очищенный газ через пылеуловитель дымососом выбрасывается в атмосферу.

Расчетная часть

 

Расчет материального баланса процесса переработки РСО

Загрузка реактора на один рабочий цикл складывается из количества РСО и количества растворителя, необходимого для получения СРР согласно исходным данным (таблица 1 приложения).

Примерный состав продуктов, образующихся в результате процесса термодеструкции в течение одного рабочего цикла, представлен в таблице 2 приложения.

В процессе термодеструкции в реакторе образуется парогазовая смесь, состоящая из различных углеводородов. После конденсации парогазовая смесь разделяется на углеводородный газ и углеводородный конденсат.

Материальный баланс реактора для переработки РСО представляется в виде таблице 3 приложения.

Составы углеводородного газа и углеводородного конденсата представлены в таблицах 4 и 5 приложения соответственно.

 

Расчет печи для нагрева ВОТ

В качестве топлива в печь поступает углеводородный газ, образующийся в процессе термодеструкции (таблица 4 приложения), а также природный газ. С целью определения количества природного газа, необходимого для сжигания в печи, а также общего состава газообразного топлива, поступающего в печь, необходимо рассчитать общее количество газообразного топлива.

Расчет рекомендуется проводить в следующей последовательности.

 

Заключение

 

По расчетному значению V _а выбирают номинальную вместимость аппарата из нормального ряда согласно ГОСТ 13372-78. За номинальную вместимость аппарата принимается его внутренний объем без учета открываемой крышки, штуцеров и люков. =20 м³.

В ходе РГР мы рассчитали:

- материальный баланс процесса переработки РСО;

- рассчитали печь для нагрева ВОТ;

- рассчитали реактор термодеструкции РСО;

- составили технологическую схему процесса.

 

 

 

Список литературы

 

1.Ветошкин,А. Г. Теоретические основы защиты окружающей среды [Текст]: учебное пособие для студ. вузов / А. Г. Ветошкин. – М. Высш. шк., 2008. – 397 с.: ил.

2. Кутепов,А. М. Общая химическая технология [Текст]: учебник для техн. вузов / А. М. Кутепов, Т. И. Бондарева, М. Г. Беренгартен. 3-е изд., перераб. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. – 528 с.

3.Леонтьева,А. И. Оборудование химических производств [Текст]: учебное пособие: в 2 ч. / А. И. Леонтьева. - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2005. Ч. 2. - 280 с.

4.Родионов,А. И. Защита биосферы от промышленных выбросов. Основы проектирования технологических процессов [Текст]: учебное пособие для студ. вузов / А. И. Родионов, Ю. П. Кузнецов, Г. С. Соловьев. – М.: Химия, КолосС, 2007. – 397 с.: ил.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ

 

Таблица 1- Исходные данные для проведения расчетов

Количество РСО в расчете на один рабочий цикл реактора,т	Номер варианта
Соотношение РСО: растворитель
1:1	1:2	1: 3
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
2,2
2,4
2,6
2,8

 

Таблица 2 - Состав продуктов переработки РСО

Наименование компонента	Содержание компонента, % (мас.)
Механические примеси Металлокорд Углеводородный конденсат Углеводородный газ Суспензия растворенной резины	1,1 2,3 4,5 1, 0 91,1
Итого:	100,0

 

Таблица 3 - Материальный баланс реактора

Наименование компонента	На один рабочий цикл реактора	С учетом времени термодеструкции
Приход,т	Расход,т	Приход,т/ч	Расход, т/ч
РСО Растворитель Углеводородный газ Углеводородный конденсат СРР Механические примеси Металлокорд	- - - - -	- - 5101,6 61,6 128,8	- - - - -	- - 1275,4 15,4 32,2
Итого:

 

 

Таблица 4 - Состав углеводородного газа

Наименование компонента	Содержание компонента, % (мас.)	Расход компонента
кг/ч*	нм^3/ч*
Метан Этан Этен Диоксид углерода Сероводород Меркаптан(по бутилмеркаптану)	3,5 56,5 25,2 8,0 1,7 5,1	1,96 31,64 14,112 4,48 0,952 2,856	1,47 23,79 10,6 3,37 0,715 2,147
Итого:	100,0		42,1
* - столбцы заполняются в соответствии с данными табл. 3

 

 

Таблица 5 - Состав углеводородного конденсата

Наименование компонента	Содержание компонента, % (мас.)	Расход компонента
кг/ч*	нм^3/ч*
Скипидар Доделан Толуол Ксилол Бензол Фенол	85,0 8,0 1,7 2,5 0,9 1,9	214,2 20,16 4,284 6,3 2,268 4,788	0,248 0,023 0,0049 0,0073 0,0026 0,0055
Итого:	100,0		0,292
* - столбцы заполняются в соответствии с данными табл. 3

 

Таблица 6 - Состав природного газа

Наименование компонента	Содержание компонента,% (об.)	Расход компонента, нм^3/ч*
Метан Этан Пропан Изобутан н-Бутан Изопентан н-Пентан Азот	97,10 1,35 0,26 0,11 0,15 0,04 0,02 0,97	742,3 10,32 1,99 0,84 1,15 0,31 0,15 7,42
Итого	100,0	764,5
* - столбец заполняется с учетом расхода природного газа, полученного по уравнению (8)

 

Таблица 7 - Общий состав газообразного топлива

Наименование компонентов	Содержание компонента, %(об.)	Расход компонента, м^3/ч
Метан Этан Этен Пропан Бутан Пентан Азот Диоксид углерода Сероводород Меркаптаны	92,2 4,23 1,31 0,25 0,25 0,05 0,92 0,42 0,089 0,27	743,77 34,11 10,6 1,99 1,99 0,46 7,42 3,37 0,715 2,147
Итого	100,0	806,57

Таблица 8 - Состав дымовых газов

Наименование компонента	Содержание компонента, % (об.)	Расход компонента
м^3/м^3	м^3/ч	кг/ч
Диоксид углерода	0,345	16,7	4,2	0,25
Водяной пар	1,34	64,7	16,2	13,01
Азот	85,3	4129,6	1032,4	1290,5
Кислород	13,1	632,6	158,2
Сернистый ангидрид	0,00008	0,004	0,001	0,003
Итого	100,0	4843,6

 

Таблица 9 - Материальный баланс процесса горения

Исходные продукты	Продукты горения
Наименование компонента	Расход компонента, кг/ч	Наименование компонента	Расход компонента,кг/ч
Топливо Воздуха на горение	764,5 3996041,5	Дымовые газы	3702932,2
Итого		Итого	3702932,2

 

Введение

 

В данном разделе необходимо затронуть основные проблемы переработки отходов, в частности, резиносодержащих отходов (РСО), представляющих собой по большей части изношенные автомобильные шины, привести описание основных методов переработки РСО с учетом их экологической безопасности и технико-экономической эффективности с указанием достоинств и недостатков. Особое внимание необходимо уделить термодеструктивной переработке РСО как наиболее перспективному и наиболее экологически чистому методу.

Описание процесса переработки резиносодержащих отходов

 

Процесс переработки РСО методом термодеструкции периодическим способом включает в себя несколько стадий:

- прием и хранение битума или гудрона при использовании его в качестве растворителя;

- термодеструкция РСО и стабилизация суспензии растворенной резины (СРР);

- нагрев высокотемпературного органического теплоносителя (ВОТ) в печи;

- очистка газовых выбросов;

- хранение товарной СРР.

СРР является основной товарной продукцией при термодеструкции изношенных шин. В качестве побочных продуктов и отходов при переработке РСО образуются углеводородный конденсат, реализуемый потребителю или используемый в качестве топлива, и металлокорд, направляемый на переработку предприятиям втормета или в дорожное строительство.

Ниже приведено краткое описание типового процесса термодеструкции РСО.

Процесс термодеструкции РСО осуществляется в реакторах при температуре 330 ºС. РСО доставляют на склад автотранспортом. На складе РСО загружают в специальные кассеты, которые затем доставляют в цех для загрузки в реакторы. Объем кассет и количество загружаемых в них РСО рассчитывается на один цикл термодеструкции. После загрузки реактор закрывается крышкой и продувается азотом с целью удаления кислорода. Затем реактор заполняется на 2/3 объема стабилизированным растворителем, в качестве которого используется битум или гудрон.

Возможно получение СРР при соотношении РСО и растворителя 1:1 (вязкая СРР), а также 1:2 или 1:3 (жидкая СРР).

Разогрев реактора до температуры термодеструкции и поддержание ее в процессе протекания термического разложения осуществляется за счет циркуляции реакционной массы насосами через выносные теплообменники, обогреваемые парами высокотемпературного органического теплоносителя (ВОТ).

Продолжительность процесса термодеструкции может составлять до четырех часов в зависимости от марки получаемой СРР. По окончании процесса СРР подается насосами в аппарат, где происходит стабилизация разогретой СРР путем отгонки летучих соединений азотом.

Загрязненный органикой азот через конденсатор, охлаждаемый промышленной водой, подается на сжигание в печь. Стабилизированная СРР насосом откачивается в промежуточную емкость, из которой насосом перекачивается на склад.

После окончания процесса и откачки СРР реактор промывается горячим растворителем, который затем откачивается в свободные реакторы для получения новой партии СРР. Далее кассеты продуваются азотом и воздухом, после чего реактор открывается. Кассеты, в которых находится металлокорд, оставшийся после термодеструкции, извлекаются из реактора и направляются на склад.

Выделившаяся в процессе термодеструкции парогазовая смесь поступает в конденсаторы, охлаждаемые воздухом и водой. Несконденсированная часть газов из конденсаторов поступает в каплеотбойник, а затем газодувкой через газгольдер непрерывно подается в печь на сжигание. Углеводородный конденсат из конденсаторов стекает в сборник, из которого насосом откачивается на склад или на сжигание в печь.

Подвод тепла к реакторам с целью проведения процесса термодеструкции при температуре 330 ºС осуществляется с помощью циркулирующего ВОТ, нагреваемого в печи. Здесь происходит испарение жидкого ВОТ, пары которого с температурой около 375 ºС поступают в выносные теплообменники к реакторам. В процессе нагрева реакционной массы пары ВОТ конденсируются и жидкий ВОТ снова подается на испарение в печь. В качестве ВОТ применяется дифенильная смесь, состоящая из 26,5 % (мас.) дифенила и 73,5 % (мас.) дифенилоксида.

В качестве топлива в печи используется природный газ и углеводородный газ, образующийся в процессе термодеструкции и нагнетаемый из газгольдера газодувкой.

В качестве дутьевого воздуха в печи используется воздух, загрязненный углеводородами.

Дымовые газы от печи подвергаются очистке от токсичных ингредиентов (оксидов углерода, азота и серы) методом абсорбции в две ступени. На первой ступени газовый поток подвергается щелочной абсорбции с использованием в качестве орошающего раствора суспензии Са(ОН)₂, в результате чего происходит улавливание оксида серы и охлаждение газовой фазы. Далее газовый поток поступает на вторую ступень абсорбции для улавливания оксида азота с использованием в качестве орошающего раствора суспензии Са(ОН)₂ с добавлением перекиси водорода. Очищенный газ через пылеуловитель дымососом выбрасывается в атмосферу.

Расчетная часть