СПОСІБ УТИЛІЗАЦІЇ ВІДПРАЦЬОВАНИХ ШИН І відходів гумовотехнічних виробів І ПРИСТРІЙ ДЛЯ ЙОГО РЕАЛІЗАЦІЇ

Спосіб і пристрій призначені для утилізації зношених автомобільних шин і відходів гумовотехнічних виробів. У способі здійснюють термічну обробку сировини, яку поміщають в екстрактор, заповнений нафтопродуктами при температурі 260 - 290oC, і повністю розчиняють гуму. У способі використовують перфоровану кошик для обробки сировини. Після повного розчинення гуми отриману резінобітумних композицію зливають. Залишок сажі, мінеральних компонентів і металевий корд, що знаходиться в кошику, промивають бензиновим розчинником. Останній відганяють з водяною парою і після цього твердий залишок подрібнюють і витягують з нього металевий корд і сажу. Пристрій містить екстрактор у вигляді циліндричного корпусу, що має у верхній частині завантажувальний люк, штуцери введення і виведення реагентів. Екстрактор забезпечений перфорованої кошиком для перероблюваної сировини, виконаної з поздовжніх стійок з зазорами, з плоским перфорованим дном і кришкою у вигляді тарілки з перфорованим дном. Пристрій має вузли завантаження сировини і конденсації парів бензинового екстрагента, пристрої для регулювання температури і для випаровування бензинового екстрагента. Кожен з пристроїв з'єднане з відповідним штуцером екстрактора. Пристрій для випаровування бензинового екстрагента з'єднане з екстрактором по рідкій та паровій фазам. Одержувані резінобітумних композиції використовують як матеріал для гідроізоляції, покрівельних робіт, для приготування асфальтобетону. Винахід дозволяє утилізувати зношені шини в матеріали, придатні для подальшого їх використання.

                                                   ОПИС ВИНАХОДІВ

Винахід відноситься до галузі утилізації зношених автомобільних шин і відходів гумовотехнічних виробів.

Відомий спосіб виділення та подрібнення гуми продавлюванням матеріалу автомобільних шин при високому тиску через отвори в пресформі (див. опис винаходу до авторського свідченням РФ N 1728042, кл. В 29 В 17/00, опубл. В 1992 р.).

Недоліком цього способу є необхідність застосування складного пресового устаткування, його швидкий знос, неможливість переробки шин з металевим кордом та отримання гумової крихти, що містить всі органічні та мінеральні компоненти гуми.

Відомий також спосіб подрібнення матеріалу шин шляхом охолодження рідким азотом і подальшого дроблення (див. опис винаходу до авторського свідченням N 1752562, кл. В 29 В 17/00, опубл. В 1992 р.), або стирання абразивним кругом, або абразивними зернами ( опис винаходу до авторського свідченням N 1729769, кл. В 29 В 17/00, опубл. в 1992 р.).

Недоліками цих способів є велика витрата енергії на глибоке охолодження, витрата абразивних матеріалів, неможливість переробки шин з металевими деталями і металокордом, а також отримання порошку гуми, що містить всі компоненти наповнювачів.

З відомих технічних рішень в якості прототипу до пропонованого способу утилізації відпрацьованих шин та відходів гумовотехнічних виробів ви бран "Спосіб приготування резінобітумного в'яжучого для дорожніх покриттів" по авторському свідоцтву N 1289872, кл. C 08 L 95/00, опубл. в 1987 р. У цьому способі гумовий порошок з розміром частинок менше 1 мм піддають термічній обробці в суміші з пластифікатором (сланцеве або антраценове масло) спочатку при температурі 190-220oC, потім при 240-260oC, після чого отриманий продукт змішують із бітумом і додають структуроутворювачі (поліетиленовий віск, сірку і ін).

До недоліків цього способу можна віднести необхідність попереднього подрібнення сировини до частинок менше 1 мм, що нездійсненно в разі утилізації шин, що містять металевий корд і металеві деталі. Крім того, отримана резінобітумних композиція містить сажу та мінеральні компоненти гуми, що скорочує область використання отриманого продукту.

Найбільш близьким за технічною сутністю до заявляється пристрою для реалізації способу утилізації відпрацьованих шин та відходів гумовотехнічних виробів є пристрій для термічної переробки полімерних відходів, зношених шин, руберойду та ін по авторському свідоцтву N 1713921, кл. C 10 G 1/10, опубл. в 1992 р. У цьому пристрої сировину завантажують в обігрівається димовими газами циліндричний апарат, обладнаний завантажувальним люком і штуцерами для виходу газу і рідких продуктів розкладання сировини. У нижній зоні апарата є гвинтова мішалка, над якою розташована розділова грати з кілець, зміщених по висоті відносно один одного. Після завершення процесу рідкі продукти зливають, а твердий залишок витягують разом з гратами.

Недоліком цього пристрою є те, що в ньому відбувається термічне розкладання каучукового полімеру гуми з отриманням рідких продуктів, які не можуть бути використані як резінобітумних композиція, наприклад, для гідроізоляції або в дорожньому будівництві. Одержуваний твердий залишок забруднений продуктами розкладання гуми, тому його корисне застосування також обмежена. Має місце великий вихід побічних речовин, що вимагають спеціальної обробки для їх утилізації.

Крім того, в цьому пристрої незадовільно вирішена проблема масо-та теплопередачі, що призводить до пригорянню оброблюваних речовин до теплопередаючих поверхні і необхідності чищення апарату після кожного робочого циклу.

Завдання пропонованого технічного рішення направлена ​​на спрощення технологічного процесу утилізації відпрацьованих і відходів гумовотехнічних виробів за рахунок виключення операції попереднього подрібнення сировини, що переробляється, на розширення діапазону корисного застосування одержуваної резінобітумной композиції за рахунок відділення з неї сажі, мінеральних компонентів і металевого корду і одночасного отримання технічного вуглецю не містить продукти деструкції каучукового полімеру.

Поставлена ​​задача досягається тим, що в способі утилізації відпрацьованих і відходів гумовотехнічних виробів, що включає термічну обробку сировини, що представляє собою зношені автомобільні шини і відходи гуми, термічну обробку сировини здійснюють в перфорованій корзині, яку поміщають в екстрактор, заповнений нафтовим мазутом або гудроном циркулюючим знизу вгору при температурі 260-290oC до повного розчинення гуми, після чого отриману резінобітумних композицію зливають, а залишок у кошику, що складається з сажі, мінеральних компонентів і металевого корду, промивають бензиновим розчинником, який потім відганяють з водяною парою, після чого залишок подрібнюють і витягують з нього металевий корд.

Поставлена ​​задача досягається також тим, що в пристрої для утилізації відпрацьованих і відходів гумовотехнічних виробів, що представляє собою циліндричний корпус, у верхній частині якого розташований завантажувальний люк, через який в екстрактор вводиться перфорована корзина зі зношеними шинами і / або відходами гуми. Пристрій забезпечений штуцерами для введення і виведення рідких і газоподібних речовин, а також насосом для циркуляції рідини знизу вгору. У пристрій також входять блоки випаровування бензинового екстрагента, конденсації його парів і регулювання температури в рідкій фазі екстрактора, кожен з яких з'єднаний трубами з відповідними штуцерами екстрактора, при цьому пристрій для випаровування бензинового екстрагента з'єднане з екстрактором по рідкій та паровій фазам.

Новим є те, що термічну обробку сировини здійснюють в перфорованій корзині, вміщеній в екстрактор, заповнений нафтовим мазутом або гудроном, циркулюючим знизу вверх при температурі 260-290oC до повного розчинення гуми, а залишок у кошику, що складається з сажі, мінеральних компонентів і металевого корду , після промивки бензиновим розчинником, подрібнюють і витягують з нього металевий корд.

Новим є також і те, що екстрактор забезпечений перфорованої кошиком, а в пристрій додатково введені блок для подачі сировини, конденсатор бензинового екстрагента, блок для регулювання температури і пристрій для випаровування бензинового екстрагента.

У порівнянні з прототипами і відомими аналогами, пропоновані спосіб утилізації відпрацьованих і відходів гумовотехнічних виробів і пристрій для його реалізації дозволяють:

- Здійснювати переробку сировини без подрібнення шин або відходів гуми;

- Здійснювати переробку шин з металевим кордом та іншими металевими деталями, що істотно розширює область застосування пропонованих способу і пристрою;

- Отримувати резінобітумних композицію, що не містить сажу та мінеральні компоненти гуми;

- Отримувати технічний вуглець і сажу, придатну для повторного використання в гумових композиціях або в якості твердого палива;

- Регулювати температуру, необхідну для термічної обробки сировини, за рахунок попереднього нагріву використовуваних нафтопродуктів до потрібної по тепловому балансу температури;

- Виключити утворення газоподібних речовин за рахунок розкладу гуми;

- Виключити необхідність чищення екстрактора після кожного робочого циклу, так як в ньому немає теплопередаючих поверхонь, до яких можуть пригорати компоненти перероблюваної суміші;

- Отримувати обуглероженний залишок без інших компонентів гуми, що розширює область його застосування.

Пропоноване технічне рішення пояснюється кресленням.

Установка для реалізації способу утилізації відпрацьованих шин та відходів гумовотехнічних виробів складається з вузла завантаження шин та / або відходів гуми до кошика 1, екстрактора 2, вузла конденсації парів бензинового екстрагента 3 і 4, циркуляційного насоса 8, пристрої для регулювання температури в екстракторі 7 і пристрої для випаровування бензинового екстрагента 9.

Екстрактор 2 має кришку 5, перфоровану кошик 1, виконану з поздовжніх стійок з зазорами, плоским перфорованим дном і кришкою у формі тарілки 15 з перфорованим дном, опорне і направляючі кільця для центрування і установки кошика 1. Штуцера: для виходу пари бензинового екстрагента А, для введення рідкого бензинового екстрагента на перфоровану кришку корзини Б, для подачі рідини на циркуляційний насос В, для завантаження нафтопродуктів Г, для введення пара бензинового екстрагента Д і водяної пари Ж. Штуцер Е використовується для подачі в екстрактор циркулюючої рідини в період розчинення гуми, а також для зливу готової резінобітумной композиції і для зливу екстрагента у випарник 9 при промиванні твердого залишку бензиновим екстраген-те. Установка також містить ємність 10 для прийому нафтопродуктів, котел II для їх нагрівання і насос 12 для закачування в екстрактор. До складу установки входить дробарка 12 і таль на монорейка 13 для транспортування корзин з сировиною і залишком, їх встановлення й витягнення з екстрактора.

Спосіб виконується наступним чином. Автомобільні шини і / або відходи гуми доставляють на обробну майданчик, де сортують і, при необхідності, рубають на 2-4 частини, після чого завантажують у корзину 1.

Нафтовий гудрон або мазут вивантажують з транспортних засобів в приймальну ємність 10, з якої періодично подають в котел 11 для нагріву до 260-290oC.

Перфоровану кошик з сировиною встановлюють за допомогою електроталі 13 в екстрактор 2, закривають кришку 5 і насосом 12 закачують нагріте мазут або гудрон з котла 11. Далі вимикають циркуляційний насос 8 і виробляють коригування температури за рахунок прокачування рідини через нагрівальний пристрій 7. Після розчинення каучукового полімеру резінобітумних композицію (РБК) відкачують насосом в сховище або в транспортні засоби споживачів.

Після зливу РБК в екстрактор 2 подають пар бензинового екстрагента з випарника 9. Пар нагріває кошик з твердим залишком і далі надходить у конденсатор 3. Рідкий екстрагент відділяється від газу в сепараторі 4 і стікає на кришку 15 кошика, виконану у формі тарілки з перфорованим дном, що забезпечує його рівномірний розподіл по всьому перетину корзини. Екстракт відводиться у випарник 9, де відганяється екстрагент, а РБК періодично відкачується насосом 6 в збірну ємність. Екстрактор продувають водяною парою, відкривають кришку 5 і Електросталь 13 витягають кошик з твердим залишком, який подрібнюють в дробарці 14 і витягують з нього металеві деталі,

Дослідження процесів термохімічного розчинення гуми зношених автомобільних шин проводили на стендовій установці. Об'єктом дослідження були деталі зношених шин: протектор і бігова доріжка, боковини з синтетичним і текстильним кордом і окремо корд, витягнутий з шин. Було встановлено, що найбільш швидко розчиняється синтетичний і текстильний корд. Протектор та доріжка, що складаються в основному з гуми без корду, розчиняються повільніше. Спочатку спостерігається набухання гуми, величина якого залежить від температури. При її підвищенні від 260 до 290oC набухання зменшується від 30-35% до 10-15% (по масі). Через 2-4 години від початку процесу починається спад маси зразків. Середня швидкість розчинення гуми шини становить: при 260oC - 0,57; при 270oC - 1,02; при 290oC - 1,31 кг/м2ч. За цими даними час розчинення середньої шини (37 кг) становить відповідно 24,7, 14,7 і 11,4 ч.

Вихід твердого залишку після розчинення гуми 18-25%, вміст золи в ньому 40-50%. У таблиці 1 наведені характеристики резінобітумних композицій, отриманих в різних умовах. Видно, що при зниженні температури збільшується вміст в РБК механічних домішок, при цьому значно зростає і час розчинення гуми. При 240-250oC не спостерігається утворення агломерату з сажі і мінеральних компонентів гуми. При температурі вище 290oC починається термічне розкладання каучукового полімеру, що супроводжується збільшенням виходу газоподібних речовин, тому оптимальною можна вважати температуру близько 270oC. Регулюючи кількість розчиненої в гудроні гуми, можна отримувати РБК з різною температурою розм'якшення і пенетрацією.

Одержувані по такому способу резінобітумних композиції можуть бути використані як матеріали для гідроізоляції, для покрівельних робіт і приготування асфальтобетону. При цьому вирішується дуже важливе завдання утилізації зношених гумових шин, кількість яких з кожним роком збільшується.

Приклад

В автоклав, обладнаний огрівальним пристроєм, циркуляційним насосом (осьовим) і зворотним холодильником, завантажували 1,0 кг нафтового гудрону з суміші Західно-Сибірських нафт з температурою розм'якшення 19oC. Гудрон нагрівали до 290oC, після чого в автоклав поміщали кошик із сталевого дроту, заповнену шматками гуми. Для цього вирізали з зношеної шини поперечну смугу, яку потім розрізали на шматки 20 х 20 мм. Маса завантаження гуми 490 р. Закривали кришку автоклава, встановлювали задану температуру, включали осьовий насос. Через 10,5 годин злили РБК.

В автоклав завантажили 100 мл толуолу, нагріли до температури кипіння (близько 110oC). Пари толуолу конденсували в зворотному холодильнику. Рідкий конденсат зливався на перфоровану кришку корзини екстрактора. Через 0,5 години зворотний холодильник замінили на прямий і відігнали толуол, після чого злили витягнуту з залишку РБК. В автоклав залили 50 мл води і провели її випаровування для повного видалення толуолу.

Було отримано 1380 р резінобітумной композиції і 98 г твердого залишку. Після подрібнення твердого залишку з нього магнітом витягли 3,7 г металевого дроту. Зміст мінеральних компонентів у залишку (без дроту) - 44%. Температура розм'якшення РБК з К і Ш - 76oC. Пенетрація при 25oC - 21 х 0,1 мм.

ФОРМУЛА ВИНАХОДИ

1. Спосіб утилізації відпрацьованих шин та відходів гумовотехнічних виробів, при якому здійснюють термічну обробку сировини, яку поміщають в екстрактор, заповнений нафтопродуктами при температурі 260-290oC, повністю розчиняють гуму, що відрізняється тим, що використовують перфоровану кошик для обробки сировини, а після повного розчинення гуми отриману резінобітумних композицію зливають, залишок сажі, мінеральних компонентів і металевий корд, що знаходиться в кошику, промивають бензиновим розчинником, який потім відганяють з водяною парою і після цього твердий залишок подрібнюють і витягують з нього металевий корд і сажу.

2. Пристрій, що містить екстрактор, що представляє собою циліндричний корпус, що має у верхній частині завантажувальний люк, а також штуцери введення, виведення реагентів, відмінне тим, що екстрактор забезпечений перфорованої кошиком для перероблюваної сировини, виконаної з поздовжніх стійок для перероблюваної сировини, виконаної з поздовжніх стійок з зазорами, з плоским перфорованим дном і кришкою у вигляді тарілки з перфорованим дном, а в пристрій введені вузли завантаження сировини і конденсації парів бензинового екстрагента, пристрої для регулювання температури і для випаровування бензинового екстрагента, причому кожен з пристроїв з'єднане з відповідним штуцером екстрактора, при цьому пристрій для випаровування бензинового екстрагента з'єднане також з екстрактором по рідкій та паровій фазам.